JP2021190291A - Fuel cell system, method for determining target operation point, and computer program - Google Patents

Fuel cell system, method for determining target operation point, and computer program Download PDF

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Abstract

To prevent a voltage and a current from becoming instable.SOLUTION: A fuel cell system comprises: a fuel cell; a target operation point determination section by which, in a case where a predetermined condition for starting a warm-up operation is satisfied, a warm-up target operation point which is a target of an operation point during the warm-up operation of the fuel cell specified by an output voltage and an output current is determined in accordance with a warm-up time required power amount and a warm-up time required heating amount; an operation control section which controls at least one of the output voltage and the output current, thereby operating the fuel cell at the warm-up target operation point; and a faulty state identification section for identifying whether or not a power consumption device which is actuated by consuming power generated by the fuel cell is faulty. When the fault of the power consumption device is identified, the target operation point determination section determines an operation point satisfying a fault time required power amount reducing the warm-up time required power amount and a fault time required heating amount reducing the warm-up time required heating amount as a fault time target operation point.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示は、燃料電池システムに関する。 The present disclosure relates to a fuel cell system.

従来から、燃料電池システムにおいて、燃料電池の温度が低温であることが検出された場合、発電部位を急速に昇温させる暖機運転を実行することが提案されている。例えば、特許文献１には、燃料電池システムの氷点下での始動時に、循環ポンプを回転させつつ、常温での始動時よりも低いエアストイキ比で発電を行うことにより燃料電池スタックを低効率運転させて廃熱量を増大させる暖機運転を実行することが開示されている。このような暖機運転により生じた電力は、補機類によって消費される若しくは二次電池に蓄えられる。補機類としては、例えば、燃料電池システムにおいて用いられる反応ガス供給用のポンプや、燃料電池システムが車両に搭載される構成においては、車両の空調用のヒータなどが想定される。 Conventionally, in a fuel cell system, when it is detected that the temperature of the fuel cell is low, it has been proposed to execute a warm-up operation in which the temperature of the power generation portion is rapidly raised. For example, in Patent Document 1, when the fuel cell system is started below the freezing point, the fuel cell stack is operated with low efficiency by generating electricity at a lower air stoichiometric ratio than when starting at room temperature while rotating the circulation pump. It is disclosed to perform a warm-up operation that increases the amount of waste heat. The electric power generated by such warm-up operation is consumed by auxiliary equipment or stored in a secondary battery. As auxiliary machinery, for example, a pump for supplying a reaction gas used in a fuel cell system, a heater for air conditioning of a vehicle in a configuration in which a fuel cell system is mounted on a vehicle, and the like are assumed.

国際公開第２０１０／１５０３３７号International Publication No. 2010/150337

しかしながら、上述のような暖機運転を実行する際に補機類が故障していると、二次電池が過充電になるおそれがある。また、かかる過充電を回避するために燃料電池スタックに対する要求電力量を低下させると、エアストイキ比を過剰に低下させることとなる。このようにエアストイキ比を過剰に低下させると、エアストイキ比の変化に対する出力電圧の変化が大きな動作領域で燃料電池が動作することとなり、燃料電池の出力電圧および出力電流が不安定になるという問題がある。このため、暖機運転により生じた電力を消費可能な装置が故障している状況において、燃料電池の出力電圧及び出力電流が不安定となることを抑制可能な技術が望まれる。 However, if the auxiliary equipment fails during the warm-up operation as described above, the secondary battery may be overcharged. Further, if the required power amount for the fuel cell stack is reduced in order to avoid such overcharging, the air stoichiometric ratio will be excessively lowered. When the air stoichiometric ratio is excessively lowered in this way, the fuel cell operates in the operating region where the change in the output voltage with respect to the change in the air stoichiometric ratio is large, and there is a problem that the output voltage and the output current of the fuel cell become unstable. be. Therefore, a technique capable of suppressing the instability of the output voltage and output current of the fuel cell in a situation where a device capable of consuming electric power generated by warm-up operation is out of order is desired.

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。 The present disclosure can be realized in the following forms.

（１）本開示の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、エアと燃料ガスとの供給を受けて発電を行う燃料電池と、暖機運転を開始するための予め定められた条件が満たされる場合に、暖機時要求電力量と暖機時要求発熱量とに応じて、出力電圧と出力電流とにより規定される前記燃料電池の暖機運転時の動作点の目標である暖機目標動作点を決定する目標動作点決定部と、前記出力電圧と前記出力電流とのうちの少なくとも一方を制御することにより、前記燃料電池を前記暖機目標動作点にて運転させる運転制御部と、前記燃料電池により発電される発電電力を消費して作動する電力消費装置が故障しているか否かを特定する故障状態特定部と、を備え、前記目標動作点決定部は、前記電力消費装置の故障が特定されると、前記暖機時要求電力量を低減した故障時要求電力量と、前記暖機時要求発熱量を低減した故障時要求発熱量と、を満たす動作点を、故障時目標動作点として決定する。
この形態の燃料電池システムによれば、電力消費装置の故障が特定されると、暖機時要求電力量を低減した故障時要求電力量と、暖機時要求発熱量を低減した故障時要求発熱量と、を満たす動作点を、故障時目標動作点として決定するので、暖機時要求発熱量を維持したまま暖機時要求電力量を低減した動作点を新たな暖機目標動作点として決定し、かかる暖機目標動作点となるように燃料電池を運転させる構成に比べて、エアストイキ比を過度に低減させることを抑制できる。このため、出力電圧に対するエアストイキ比感度がより大きな動作点にて燃料電池を動作させずに済み、故障時目標動作点における安定性、すなわち、出力電圧および出力電流を暖機目標動作点の値に維持する容易さを向上できる。したがって、暖機運転により生じた電力を消費可能な電力消費装置が故障している状況において、燃料電池の出力電圧および出力電流が不安定となることを抑制できる。
（２）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記故障時目標動作点の電圧値は、前記電力消費装置の故障が特定されていない状況において前記条件が満たされる場合に決定される前記暖機目標動作点の電圧値を含む予め定められた電圧範囲内の電圧値であり、前記電圧範囲は、前記故障時目標動作点にて前記燃料電池を動作させている状態において、エアストイキ比を変化させた場合の前記エアストイキ比の単位量の変化に対する前記出力電圧の変化の割合が、予め定められた閾値割合以下となる電圧値の範囲である、
この形態の燃料電池システムによれば、故障時目標動作点の電圧値は、電力消費装置の故障が特定されていない状況において暖機運転を開始するための予め定められた条件が満たされる場合に決定される暖機目標動作点の電圧値を含む予め定められた電圧範囲内の電圧値であり、かかる予め定められた電圧範囲は、故障時目標動作点にて燃料電池を動作させている状態において、エアストイキ比を変化させた場合のエアストイキ比の単位量の変化に対する出力電圧の変化の割合が、予め定められた閾値割合以下となる電圧値の範囲であるので、かかる予め定められた電圧範囲よりも低い電圧値を有する動作点を目標動作点に決定する構成に比べて、故障時目標動作点における安定性、すなわち、電圧および電流を目標動作点の値に維持する容易さを向上できる。このため、暖機運転により生じた電力を消費可能な電力消費装置が故障している状況において、燃料電池の電圧および電流が不安定となることを抑制できる。
（３）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記燃料ガスは水素ガスであり、前記電圧範囲の下限電圧値は、前記故障時目標動作点で前記燃料電池を動作させた場合において、前記燃料電池のカソードにおいて生じる水素ガス量が予め定められた閾値量以下となる電圧値であってもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、予め定められた電圧範囲の下限電圧値は、故障目標動作点で燃料電池を動作させた場合において、燃料電池のカソードにおいて生じる水素ガス量が予め定められた閾値量以下となる電圧値であるので、電力消費装置が故障している状況において暖機運転を実行する際に、燃料電池から排出される水素ガスの濃度を低く抑えることができる。
（４）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記発電電力を蓄電可能なリチウムイオン二次電池を備え、前記電圧範囲の下限電圧値は、前記故障時目標動作点で前記燃料電池を動作させ、且つ、前記発電電力を前記リチウムイオン二次電池に供給する場合において、前記リチウムイオン二次電池のカソードにおけるリチウム金属の析出量が所定量以下となる電圧値であってもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、予め定められた電圧範囲の下限電圧値は、故障目標動作点で燃料電池を動作させ、且つ、発電電力をリチウムイオン二次電池に供給する場合において、リチウムイオン二次電池のカソードにおけるリチウム金属の析出量が所定量以下となる電圧値であるので、電力消費装置が故障している状況において暖機運転を実行する際に、リチウムイオン二次電池のカソードにおけるリチウム金属の析出量を低く抑えて、かかる二次電池の劣化を抑制できる。
（５）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記暖機時要求発熱量には予め定められた許容ずれ範囲が予め定められており、前記電圧範囲の上限電圧値は、前記燃料電池の発熱量が前記許容ずれ範囲の下限値を実現する電圧値であってもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、予め定められた電圧範囲の上限電圧値は、燃料電池の発熱量が予め定められた許容ずれ範囲の下限値を実現する電圧値であるので、燃料電池の発熱量が予め定められた許容ずれ範囲の下限値を下回ることを抑制でき、暖機完了までの時間が所定時間以上となることを抑制できる。このため、ユーザの利便性を向上できるとともに、燃料電池におけるエアの流路が、暖機運転で生じた生成水により埋まってしまうことを抑制できる。
（６）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記運転制御部は、前記暖機運転開始後、前記燃料電池の温度が予め定められた暖機完了温度に達すると前記暖機運転を終了し、前記電力消費装置が故障していると特定された場合には、前記暖機運転の終了まで、前記暖機時要求電力量の増減を制限する増減制限部を、さらに備えてもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、電力消費装置が故障していると特定された場合には、暖機運転の終了まで、暖機時要求電力量の増減が制限されるので、暖機運転中に暖機時要求電力の増減に伴う動作点の変化を制限できる。このため、燃料電池の始動時において電圧および電流が不安定となることを抑制できる。
（７）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池システムは、移動体に搭載され、前記移動体における駆動装置に電力を供給し、前記増減制限部は、前記電力消費装置が故障していると特定された場合には、前記暖機運転の終了まで、前記駆動装置への電力供給を制限することにより、前記暖機時要求電力量の増減を制限してもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、増減制限部は、電力消費装置が故障していると特定された場合には、暖機運転の終了まで、駆動装置への電力供給を制限することにより、暖機時要求電力量の増減を制限するので、暖機時要求電力量の増減をより確実に制限できる。駆動装置への電力供給が制限されると移動体の駆動が制限され、これにより駆動状況に応じた暖機時要求電力量の増減を制限できるからである。
（８）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池システムは、パーキングとドライブとを少なくとも含む複数のシフトレンジを有する車両に搭載され、前記車両のトラクションモータに電力を供給し、前記出力電圧を測定する電圧センサをさらに備え、前記運転制御部は、選択されている前記シフトレンジがパーキングである場合において、前記電圧センサによる測定電圧が予め定められた閾値電圧よりも大きい場合には、前記電圧センサにより測定される測定電圧が前記故障時目標動作点の電圧値に近づくように、少なくとも前記エアストイキ比を調整する実電圧制御処理を実行してもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、選択されているシフトレンジがパーキングである場合において、電圧センサによる測定電圧が予め定められた閾値電圧よりも大きい場合には、電圧センサにより測定される測定電圧が故障時目標動作点の電圧値に近づくように、少なくともエアストイキ比を調整する実電圧制御処理が実行されるので、燃料電池の電圧と故障時目標動作点の電圧値とのずれが過剰に大きくなることを抑制できる。電圧センサによる測定電圧が予め定められた閾値電圧よりも大きい場合には、燃料電池または燃料電池へのエアの供給経路においてエアが残存している可能性が高い。このような場合にエアの流量に基づき動作点を制御すると、残存するエアを用いた発電によって実際の電圧値が予定している電圧値とずれ、燃料電池の電圧と故障時目標動作点の電圧値とのずれが過剰に大きくなり得る。しかし、上記形態の燃料電池システムによれば、測定電圧に基づき動作点を制御するので、上記効果を奏することができる。
（９）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記運転制御部は、選択されている前記シフトレンジがパーキングでない場合において、前記故障時目標動作点の電圧値と前記測定電圧との差分電圧が予め定められた閾値電圧差よりも大きい場合には、前記実電圧制御処理を実行してもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、選択されているシフトレンジがパーキングでない場合において、故障時目標動作点の電圧値と測定電圧との差分電圧が予め定められた閾値電圧差よりも大きい場合には、実電圧制御処理が実行されるので、燃料電池の電圧と故障時目標動作点の電圧値とのずれが過剰に大きくなることを抑制できる。選択されているシフトレンジがパーキングでない場合には、車両が移動（運転）可能な状況であり、暖機時要求電力量が大きく増減して実際の電圧値が予定している電圧値から大きくずれるおそれがある。しかし、上記形態の燃料電池システムによれば、このような場合に実電圧制御処理を実行して、測定電圧に基づき動作点を制御するので、燃料電池の電圧と故障時目標動作点の電圧値とのずれが過剰に大きくなることを抑制できる。 (1) According to one embodiment of the present disclosure, a fuel cell system is provided. This fuel cell system is a fuel cell that generates power by being supplied with air and fuel gas, and when the predetermined conditions for starting the warm-up operation are satisfied, the required electric energy and warm-up during warm-up are satisfied. A target operating point determination unit that determines a warm-up target operating point, which is a target of the operating point during warm-up operation of the fuel cell, which is defined by the output voltage and the output current according to the required calorific value during operation. By controlling at least one of the output voltage and the output current, the operation control unit for operating the fuel cell at the warm-up target operating point and the generated power generated by the fuel cell are consumed. The target operating point determination unit includes a failure state specifying unit for specifying whether or not the power consuming device that operates is failed, and the target operating point determining unit requests the warm-up time when the failure of the power consuming device is specified. An operating point that satisfies the required power amount at the time of failure with the reduced electric energy and the required heat generation amount at the time of failure with the reduced heat generation required during warm-up is determined as the target operating point at the time of failure.
According to this form of the fuel cell system, when a failure of the power consuming device is identified, the required power amount at the time of failure with the required power amount during warm-up is reduced and the required heat generation at the time of failure with the required heat generation amount during warm-up reduced. Since the operating point that satisfies the amount is determined as the target operating point during failure, the operating point that reduces the required power during warming while maintaining the required heat generation during warming is determined as the new target operating point for warming up. However, it is possible to suppress excessive reduction of the air stoichiometric ratio as compared with the configuration in which the fuel cell is operated so as to reach the warm-up target operating point. Therefore, it is not necessary to operate the fuel cell at the operating point where the air stochastic ratio sensitivity to the output voltage is larger, and the stability at the target operating point at the time of failure, that is, the output voltage and the output current are set to the values of the warm-up target operating point. The ease of maintenance can be improved. Therefore, it is possible to prevent the output voltage and output current of the fuel cell from becoming unstable in a situation where the power consuming device capable of consuming the power generated by the warm-up operation is out of order.
(2) In the fuel cell system of the above embodiment, the voltage value of the failure target operating point is determined when the condition is satisfied in a situation where the failure of the power consuming device is not specified. It is a voltage value within a predetermined voltage range including the voltage value of the point, and the voltage range is the case where the air stochastic ratio is changed while the fuel cell is operating at the target operating point at the time of failure. The ratio of the change in the output voltage to the change in the unit amount of the air stoichiometric ratio is in the range of the voltage value in which the ratio of the change in the output voltage is equal to or less than the predetermined threshold ratio.
According to this form of fuel cell system, the voltage value at the target operating point at the time of failure is when the predetermined conditions for starting the warm-up operation are satisfied in the situation where the failure of the power consuming device is not specified. It is a voltage value within a predetermined voltage range including the voltage value of the determined warm-up target operating point, and the predetermined voltage range is the state in which the fuel cell is operated at the target operating point at the time of failure. In the above, since the ratio of the change in the output voltage to the change in the unit amount of the air stoichiometric ratio when the air stoichiometric ratio is changed is within the range of the voltage value which is equal to or less than the predetermined threshold ratio, the predetermined voltage range is obtained. Compared with the configuration in which the operating point having a lower voltage value is determined as the target operating point, the stability at the target operating point at the time of failure, that is, the ease of maintaining the voltage and the current at the target operating point values can be improved. Therefore, it is possible to prevent the voltage and current of the fuel cell from becoming unstable in a situation where the power consuming device capable of consuming the power generated by the warm-up operation is out of order.
(3) In the fuel cell system of the above embodiment, the fuel gas is hydrogen gas, and the lower limit voltage value in the voltage range is the lower limit voltage value of the fuel cell when the fuel cell is operated at the target operating point at the time of failure. The voltage value may be such that the amount of hydrogen gas generated at the cathode is equal to or less than a predetermined threshold amount.
According to this form of the fuel cell system, the lower limit voltage value in the predetermined voltage range is the amount of hydrogen gas generated at the cathode of the fuel cell when the fuel cell is operated at the failure target operating point. Since the voltage value is equal to or less than the threshold amount, the concentration of the hydrogen gas discharged from the fuel cell can be kept low when the warm-up operation is executed in the situation where the power consuming device is out of order.
(4) In the fuel cell system of the above embodiment, the lithium ion secondary battery capable of storing the generated power is provided, and the lower limit voltage value in the voltage range is such that the fuel cell is operated at the target operating point at the time of failure, and the fuel cell is operated. When the generated power is supplied to the lithium ion secondary battery, the voltage value may be such that the precipitation amount of lithium metal at the cathode of the lithium ion secondary battery is equal to or less than a predetermined amount.
According to this form of the fuel cell system, the lower limit voltage value in the predetermined voltage range is lithium when the fuel cell is operated at the failure target operating point and the generated power is supplied to the lithium ion secondary battery. Since the amount of lithium metal deposited on the cathode of the ion secondary battery is a voltage value that is equal to or less than a predetermined amount, the cathode of the lithium ion secondary battery is used when warming up is executed in a situation where the power consuming device is out of order. It is possible to suppress the deterioration of the secondary battery by suppressing the precipitation amount of the lithium metal in the above.
(5) In the fuel cell system of the above embodiment, a predetermined allowable deviation range is predetermined for the required heat generation amount during warm-up, and the upper limit voltage value of the voltage range is the heat generation amount of the fuel cell. It may be a voltage value that realizes the lower limit value of the allowable deviation range.
According to this form of the fuel cell system, the upper limit voltage value of the predetermined voltage range is the voltage value at which the calorific value of the fuel cell realizes the lower limit value of the predetermined allowable deviation range. It is possible to prevent the calorific value from falling below the lower limit of the predetermined allowable deviation range, and it is possible to prevent the time required for the completion of warm-up to be longer than a predetermined time. Therefore, it is possible to improve the convenience of the user and prevent the air flow path in the fuel cell from being filled with the generated water generated by the warm-up operation.
(6) In the fuel cell system of the above embodiment, the operation control unit ends the warm-up operation when the temperature of the fuel cell reaches a predetermined warm-up completion temperature after the start of the warm-up operation. If it is determined that the power consuming device is out of order, an increase / decrease limiting unit that limits the increase / decrease in the required power amount during warm-up may be further provided until the end of the warm-up operation.
According to this form of fuel cell system, when it is identified that the power consuming device is out of order, the increase / decrease in the required power amount during warm-up is restricted until the end of warm-up operation. It is possible to limit changes in the operating point due to an increase or decrease in the required power during warm-up. Therefore, it is possible to prevent the voltage and current from becoming unstable when the fuel cell is started.
(7) In the fuel cell system of the above embodiment, the fuel cell system is mounted on a mobile body and supplies electric power to a drive device in the mobile body, and the power consumption device is out of order in the increase / decrease limiting unit. If it is specified, the increase / decrease in the required power amount during warm-up may be restricted by limiting the power supply to the drive device until the end of the warm-up operation.
According to this form of fuel cell system, the increase / decrease limiter limits the power supply to the drive until the end of warm-up operation when it is identified that the power consuming device is out of order. Since the increase / decrease in the required power amount during warm-up is restricted, the increase / decrease in the required power amount during warm-up can be restricted more reliably. This is because when the power supply to the drive device is restricted, the drive of the moving body is restricted, which limits the increase / decrease in the required power amount during warm-up according to the drive condition.
(8) In the fuel cell system of the above embodiment, the fuel cell system is mounted on a vehicle having a plurality of shift ranges including at least parking and a drive, and supplies power to the traction motor of the vehicle to obtain the output voltage. Further provided with a voltage sensor to be measured, the operation control unit may use the voltage when the voltage measured by the voltage sensor is larger than a predetermined threshold voltage when the selected shift range is parking. The actual voltage control process for adjusting at least the air stochastic ratio may be executed so that the measured voltage measured by the sensor approaches the voltage value of the target operating point at the time of failure.
According to this form of fuel cell system, when the selected shift range is parking and the voltage measured by the voltage sensor is greater than a predetermined threshold voltage, the measured voltage measured by the voltage sensor. At least the actual voltage control process that adjusts the air strike ratio is executed so that the voltage value approaches the target operating point at the time of failure, so the difference between the voltage of the fuel cell and the voltage value at the target operating point at the time of failure is excessively large. It can be suppressed. When the voltage measured by the voltage sensor is larger than the predetermined threshold voltage, it is highly possible that air remains in the fuel cell or the air supply path to the fuel cell. In such a case, if the operating point is controlled based on the flow rate of air, the actual voltage value deviates from the planned voltage value due to power generation using the remaining air, the voltage of the fuel cell and the voltage of the target operating point at the time of failure. The deviation from the value can be excessively large. However, according to the fuel cell system of the above-described embodiment, the operating point is controlled based on the measured voltage, so that the above-mentioned effect can be obtained.
(9) In the fuel cell system of the above embodiment, the operation control unit determines in advance the difference voltage between the voltage value of the target operating point at the time of failure and the measured voltage when the selected shift range is not parking. If it is larger than the threshold voltage difference obtained, the actual voltage control process may be executed.
According to this form of fuel cell system, when the selected shift range is not parking, the difference voltage between the voltage value of the target operating point at the time of failure and the measured voltage is larger than the predetermined threshold voltage difference. Since the actual voltage control process is executed, it is possible to prevent the deviation between the voltage of the fuel cell and the voltage value of the target operating point at the time of failure from becoming excessively large. If the selected shift range is not parking, the vehicle can move (operate), and the required power consumption during warm-up will greatly increase or decrease, and the actual voltage value will deviate significantly from the planned voltage value. There is a risk. However, according to the fuel cell system of the above embodiment, in such a case, the actual voltage control process is executed to control the operating point based on the measured voltage, so that the voltage of the fuel cell and the voltage value of the target operating point at the time of failure It is possible to prevent the deviation from the above from becoming excessively large.

本開示は、燃料電池システムとは異なる種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池システムの制御装置、燃料電池システムを搭載する車両、目標動作点を決定する方法、燃料電池システムの制御方法、これらの装置や方法を実現するためのコンピュータプログラム、かかるコンピュータプログラムを記憶する記憶媒体等の形態で実現することができる。 The present disclosure can also be realized in various forms different from the fuel cell system. For example, a control device for a fuel cell system, a vehicle equipped with the fuel cell system, a method for determining a target operating point, a control method for the fuel cell system, a computer program for realizing these devices and methods, and such a computer program are stored. It can be realized in the form of a storage medium or the like.

本実施形態における燃料電池システムの構成を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the fuel cell system in this embodiment. 燃料電池システムの詳細構成を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the detailed structure of a fuel cell system. 燃料電池システムの電気的構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the electric composition of a fuel cell system. 燃料電池システムにおいて実行される動作点制御処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the operating point control process executed in a fuel cell system. 燃料電池システムにおいて実行される動作点制御処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the operating point control process executed in a fuel cell system. ヒータ故障の有無による燃料電池スタックの動作点の相違を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the difference of the operating point of a fuel cell stack depending on the presence or absence of a heater failure. 比較例において、ヒータ故障の有無による燃料電池スタックの動作点の相違を示す説明図である。In the comparative example, it is explanatory drawing which shows the difference of the operating point of a fuel cell stack depending on the presence or absence of a heater failure. エアストイキ比の変化に応じた燃料電池スタックの電圧（ＦＣ電圧）の変化を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the change of the voltage (FC voltage) of a fuel cell stack according to the change of the air stochastic ratio. 第２実施形態としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the schematic structure of the fuel cell system as 2nd Embodiment. 第２実施形態におけるＲｅａｄｙ許可制御処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of Ready permission control processing in 2nd Embodiment.

Ａ．第１実施形態：
Ａ１．システム構成：
図１は、本実施形態における燃料電池システム１０の構成を示す概略図である。本実施形態の燃料電池システム１０は、パーキングおよびドライブを含む複数のシフトレンジを有する車両に搭載されて用いられる。燃料電池システム１０は、車両が備える図示しないトラクションモータを含む負荷（後述の負荷２００）からの要求に応じて発電し、また、外部給電のために発電して電力を供給する。燃料電池システム１０は、燃料電池スタック２０と、酸化ガス給排系３０と、燃料ガス給排系５０と、冷媒循環系７０とを備える。 A. First Embodiment:
A1. System configuration:
FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of the fuel cell system 10 in the present embodiment. The fuel cell system 10 of the present embodiment is mounted and used in a vehicle having a plurality of shift ranges including parking and driving. The fuel cell system 10 generates electric power in response to a request from a load (load 200 described later) including a traction motor (not shown) included in the vehicle, and also generates electric power for external power supply to supply electric power. The fuel cell system 10 includes a fuel cell stack 20, an oxide gas supply / discharge system 30, a fuel gas supply / discharge system 50, and a refrigerant circulation system 70.

燃料電池スタック２０は、複数の燃料電池セル２１と、一対のエンドターミナル２２、２３とを備える。複数の燃料電池セル２１はそれぞれ、板状の外観形状を有し、厚み方向である積層方向ＳＤに積層されている。燃料電池セル２１は、単体でも発電可能な発電要素である。燃料電池セル２１は、反応ガスとしての酸化ガスおよび燃料ガスの供給を受け、それらの電気化学反応によって発電する。本実施形態では、燃料電池セル２１は、固体高分子形燃料電池として構成されている。また、本実施形態では、酸化ガスとして空気が用いられ、燃料ガスとして水素ガスが用いられる。燃料電池スタック２０は、単に「燃料電池」とも呼ばれる。 The fuel cell stack 20 includes a plurality of fuel cell cells 21 and a pair of end terminals 22 and 23. Each of the plurality of fuel cell 21 has a plate-like appearance shape and is laminated in the stacking direction SD in the thickness direction. The fuel cell 21 is a power generation element capable of generating electricity by itself. The fuel cell 21 receives an oxidation gas as a reaction gas and a fuel gas, and generates electricity by their electrochemical reaction. In the present embodiment, the fuel cell 21 is configured as a polymer electrolyte fuel cell. Further, in the present embodiment, air is used as the oxidation gas and hydrogen gas is used as the fuel gas. The fuel cell stack 20 is also simply referred to as a "fuel cell".

燃料電池セル２１は、イオン伝導性を有する高分子樹脂膜によって構成された電解質膜の両面に、触媒が担持された電極であるアノードおよびカソードが配置された膜電極接合体を備える。燃料電池セル２１は、さらに、膜電極接合体を挟む２枚のセパレータを備える。膜電極接合体およびセパレータの図示は省略する。各燃料電池セル２１の外周端部には、反応ガスや、膜電極接合体の発電部を通過した反応オフガスを流通させるためのマニホールドＭｆａ、Ｍｆｂを形成する開口部（図示は省略）が設けられている。マニホールドＭｆａ、Ｍｆｂは、膜電極接合体の発電部に分岐接続されている。マニホールドＭｆａは、カソードに接続され、マニホールドＭｆｂはアノードに接続されている。また、各燃料電池セル２１の外周端部には、冷媒を流通させるためのマニホールドＭｆｃを形成する開口部（図示は省略）が設けられている。マニホールドＭｆｃは、隣接しているセパレータ同士の間に形成されている冷媒流路に接続されている。 The fuel cell 21 includes a membrane electrode assembly in which an anode and a cathode, which are electrodes on which a catalyst is supported, are arranged on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer resin film having ionic conductivity. The fuel cell 21 further includes two separators sandwiching the membrane electrode assembly. Illustration of the membrane electrode assembly and separator is omitted. At the outer peripheral end of each fuel cell 21, an opening (not shown) for forming manifolds Mfa and Mfb for circulating reaction gas and reaction off gas that has passed through the power generation portion of the membrane electrode assembly is provided. ing. The manifolds Mfa and Mfb are branched and connected to the power generation unit of the membrane electrode assembly. The manifold Mfa is connected to the cathode and the manifold Mfb is connected to the anode. Further, an opening (not shown) for forming a manifold Mfc for circulating a refrigerant is provided at the outer peripheral end of each fuel cell 21. The manifold Mfc is connected to a refrigerant flow path formed between adjacent separators.

一対のエンドターミナル２２、２３は、複数の燃料電池セル２１の積層方向ＳＤにおける両端部に配置されている。第１エンドターミナル２２には、マニホールドＭｆａ、Ｍｆｂ、Ｍｆｃを形成するための貫通孔である開口部２５が形成されている。他方、第２エンドターミナル２３には、そうした開口部２５は形成されていない。燃料電池スタック２０では、燃料ガスと酸化ガスと冷媒とは、燃料電池スタック２０に対して、第１エンドターミナル２２側から供給されるとともに排出される。 The pair of end terminals 22 and 23 are arranged at both ends of the plurality of fuel cell 21s in the stacking direction SD. The first end terminal 22 is formed with an opening 25 which is a through hole for forming the manifolds Mfa, Mfb, and Mfc. On the other hand, such an opening 25 is not formed in the second end terminal 23. In the fuel cell stack 20, the fuel gas, the oxidation gas, and the refrigerant are supplied to and discharged from the first end terminal 22 side with respect to the fuel cell stack 20.

酸化ガス給排系３０は、酸化ガス供給機能と、酸化ガス排出機能と、酸化ガスバイパス機能と、を有する。酸化ガス供給機能は、燃料電池セル２１のカソードに酸化ガスである空気を供給する機能である。酸化ガス排出機能は、燃料電池セル２１のカソードから排出される酸化ガス、不活性ガス、および、排水を含む排ガス（「カソードオフガス」ともいう。）を外部に排出する機能である。なお、カソードオフガスには、さらに、後述するカソードで発生した燃料ガス（水素ガス）が含まれる場合がある。酸化ガスバイパス機能は、供給される酸化ガスを含む空気の一部を、燃料電池セル２１を介することなく外部に排出する機能である。 The oxidative gas supply / discharge system 30 has an oxidative gas supply function, an oxidative gas discharge function, and an oxidative gas bypass function. The oxidation gas supply function is a function of supplying air, which is an oxidation gas, to the cathode of the fuel cell 21. The oxidation gas discharge function is a function of discharging the oxidation gas, the inert gas, and the exhaust gas including the waste water (also referred to as “cathode off gas”) discharged from the cathode of the fuel cell 21 to the outside. The cathode off gas may further include a fuel gas (hydrogen gas) generated at the cathode, which will be described later. The oxidation gas bypass function is a function of discharging a part of the supplied air containing the oxidation gas to the outside without passing through the fuel cell 21.

燃料ガス給排系５０は、燃料ガス供給機能と、燃料ガス排出機能と、燃料ガス循環機能とを有する。燃料ガス供給機能は、燃料電池セル２１のアノードに燃料ガスを供給する機能である。燃料ガス排出機能は、燃料電池セル２１のアノードから排出される燃料ガス、不活性ガス、排水を含む排ガス（「アノードオフガス」ともいう。）を外部に排出する機能である。燃料ガス循環機能は、アノードオフガスを燃料電池システム１０内において循環させる機能である。 The fuel gas supply / discharge system 50 has a fuel gas supply function, a fuel gas discharge function, and a fuel gas circulation function. The fuel gas supply function is a function of supplying fuel gas to the anode of the fuel cell 21. The fuel gas discharge function is a function of discharging fuel gas, inert gas, and exhaust gas including wastewater (also referred to as “anode off gas”) discharged from the anode of the fuel cell 21 to the outside. The fuel gas circulation function is a function of circulating the anode off gas in the fuel cell system 10.

冷媒循環系７０は、燃料電池スタック２０に冷媒を循環させて、燃料電池スタック２０の温度を調節する機能を有する。冷媒としては、例えば、エチレングリコールなどの不凍液や、水などの液体が用いられる。 The refrigerant circulation system 70 has a function of circulating a refrigerant in the fuel cell stack 20 to adjust the temperature of the fuel cell stack 20. As the refrigerant, for example, an antifreeze liquid such as ethylene glycol or a liquid such as water is used.

図２は、燃料電池システム１０の詳細構成を示す概略図である。燃料電池システム１０は、上述の燃料電池スタック２０、酸化ガス給排系３０、燃料ガス給排系５０、冷媒循環系７０に加え、制御装置６０を有する。制御装置６０は、燃料電池システム１０の動作を制御する。制御装置６０の詳細は後述する。 FIG. 2 is a schematic diagram showing a detailed configuration of the fuel cell system 10. The fuel cell system 10 includes a control device 60 in addition to the above-mentioned fuel cell stack 20, an oxide gas supply / discharge system 30, a fuel gas supply / discharge system 50, and a refrigerant circulation system 70. The control device 60 controls the operation of the fuel cell system 10. The details of the control device 60 will be described later.

酸化ガス給排系３０は、酸化ガス供給系３０Ａと、酸化ガス排出系３０Ｂとを備える。酸化ガス供給系３０Ａは、燃料電池スタック２０のカソードに酸化ガスである空気を供給する。酸化ガス供給系３０Ａは、カソード供給配管３０２と、外気温センサ３８と、エアクリーナ３１と、エアコンプレッサ３３と、インタークーラ３５と、入口弁３６と、を有する。 The oxidative gas supply / discharge system 30 includes an oxidative gas supply system 30A and an oxidative gas discharge system 30B. The oxidation gas supply system 30A supplies air, which is an oxidation gas, to the cathode of the fuel cell stack 20. The oxidation gas supply system 30A includes a cathode supply pipe 302, an outside air temperature sensor 38, an air cleaner 31, an air compressor 33, an intercooler 35, and an inlet valve 36.

カソード供給配管３０２は、燃料電池スタック２０のカソードの入口に接続され、燃料電池スタック２０のカソードに対する空気の供給流路を構成する。外気温センサ３８は、エアクリーナ３１に取り込まれる空気の温度を、外気温として計測する。外気温センサ３８の計測結果は制御装置６０に送信される。エアクリーナ３１は、カソード供給配管３０２のうちでエアコンプレッサ３３よりも上流側に設けられ、燃料電池スタック２０に供給される空気中の異物を除去する。 The cathode supply pipe 302 is connected to the inlet of the cathode of the fuel cell stack 20 and constitutes an air supply flow path to the cathode of the fuel cell stack 20. The outside air temperature sensor 38 measures the temperature of the air taken into the air cleaner 31 as the outside air temperature. The measurement result of the outside air temperature sensor 38 is transmitted to the control device 60. The air cleaner 31 is provided on the upstream side of the cathode supply pipe 302 with respect to the air compressor 33, and removes foreign matter in the air supplied to the fuel cell stack 20.

エアコンプレッサ３３は、燃料電池スタック２０よりも上流側のカソード供給配管３０２に設けられ、制御装置６０からの指令に応じた圧力に圧縮した空気をカソードに向けて送り出す。本実施形態では、エアコンプレッサ３３は、ターボコンプレッサにより構成されている。 The air compressor 33 is provided in the cathode supply pipe 302 on the upstream side of the fuel cell stack 20, and sends out air compressed to a pressure according to a command from the control device 60 toward the cathode. In the present embodiment, the air compressor 33 is configured by a turbo compressor.

インタークーラ３５は、カソード供給配管３０２のうちでエアコンプレッサ３３よりも下流側に設けられている。インタークーラ３５は、エアコンプレッサ３３によって圧縮されて高温となった空気を冷却する。入口弁３６は、燃料電池スタック２０のカソード入口側での空気の圧力を調整する。入口弁３６は、制御装置６０によって開度が制御される電磁弁や電動弁によって構成される。入口弁３６は、予め定められた圧力の空気が流入したときに機械的に開く開閉弁によって構成されてもよい。 The intercooler 35 is provided on the downstream side of the cathode supply pipe 302 with respect to the air compressor 33. The intercooler 35 cools the air compressed by the air compressor 33 and becomes hot. The inlet valve 36 regulates the air pressure on the cathode inlet side of the fuel cell stack 20. The inlet valve 36 is composed of a solenoid valve or an electric valve whose opening degree is controlled by the control device 60. The inlet valve 36 may be configured by an on-off valve that opens mechanically when air of a predetermined pressure flows in.

酸化ガス排出系３０Ｂは、カソードオフガスを、燃料電池車両の外部に排出する。酸化ガス排出系３０Ｂは、排ガス配管３０６と、バイパス配管３０８と、を有する。 The oxidation gas discharge system 30B discharges the cathode off gas to the outside of the fuel cell vehicle. The oxidation gas discharge system 30B has an exhaust gas pipe 306 and a bypass pipe 308.

排ガス配管３０６は、燃料電池スタック２０のカソードの出口に接続されており、カソードオフガスの排出流路を構成する。排ガス配管３０６は、カソードオフガスを含む燃料電池スタック２０の排ガスを大気中に排出する機能を有する。排ガス配管３０６から大気中に排出される排ガスには、カソードオフガスの他に、アノードオフガスや、バイパス配管３０８から流出した空気が含まれる。排ガス配管３０６の下流側端部には排ガスの排気音を低減するためのマフラー３１０が設けられている。 The exhaust gas pipe 306 is connected to the outlet of the cathode of the fuel cell stack 20 and constitutes an exhaust flow path for the cathode off gas. The exhaust gas pipe 306 has a function of discharging the exhaust gas of the fuel cell stack 20 including the cathode off gas into the atmosphere. The exhaust gas discharged into the atmosphere from the exhaust gas pipe 306 includes the anode off gas and the air flowing out from the bypass pipe 308 in addition to the cathode off gas. A muffler 310 for reducing the exhaust noise of the exhaust gas is provided at the downstream end of the exhaust gas pipe 306.

排ガス配管３０６には、出口弁３７が設けられている。出口弁３７は、排ガス配管３０６のうちでバイパス配管３０８が接続された地点よりも上流側に配置されている。出口弁３７は、電磁弁や電動弁によって構成される。出口弁３７は、制御装置６０によって開度が調整されることで燃料電池スタック２０のカソードの背圧を調整する。 The exhaust gas pipe 306 is provided with an outlet valve 37. The outlet valve 37 is arranged on the upstream side of the exhaust gas pipe 306 from the point where the bypass pipe 308 is connected. The outlet valve 37 is composed of a solenoid valve and an electric valve. The outlet valve 37 adjusts the back pressure of the cathode of the fuel cell stack 20 by adjusting the opening degree by the control device 60.

バイパス配管３０８は、燃料電池スタック２０を経由することなく、カソード供給配管３０２と排ガス配管３０６とを接続する。バイパス配管３０８には、バイパス弁３９が設けられている。バイパス弁３９は、電磁弁や電動弁によって構成される。バイパス弁３９が開かれている場合には、カソード供給配管３０２を流れる空気の一部は、バイパス配管３０８を通じて、排ガス配管３０６へと流入する。制御装置６０は、バイパス弁３９の開度を調整することによって、バイパス配管３０８に流入する空気の流量を調整する。 The bypass pipe 308 connects the cathode supply pipe 302 and the exhaust gas pipe 306 without passing through the fuel cell stack 20. The bypass pipe 308 is provided with a bypass valve 39. The bypass valve 39 is composed of a solenoid valve and an electric valve. When the bypass valve 39 is open, a part of the air flowing through the cathode supply pipe 302 flows into the exhaust gas pipe 306 through the bypass pipe 308. The control device 60 adjusts the flow rate of the air flowing into the bypass pipe 308 by adjusting the opening degree of the bypass valve 39.

燃料ガス給排系５０は、燃料ガス供給系５０Ａと、燃料ガス循環系５０Ｂと、燃料ガス排出系５０Ｃとを備える。 The fuel gas supply / discharge system 50 includes a fuel gas supply system 50A, a fuel gas circulation system 50B, and a fuel gas discharge system 50C.

燃料ガス供給系５０Ａは、燃料電池スタック２０のアノードに燃料ガスを供給する。燃料ガス供給系５０Ａは、アノード供給配管５０１と、燃料ガスタンク５１と、開閉弁５２と、レギュレータ５３と、インジェクタ５４とを備える。 The fuel gas supply system 50A supplies fuel gas to the anode of the fuel cell stack 20. The fuel gas supply system 50A includes an anode supply pipe 501, a fuel gas tank 51, an on-off valve 52, a regulator 53, and an injector 54.

アノード供給配管５０１は、燃料ガスの供給源である燃料ガスタンク５１と燃料電池スタック２０のアノードの入口とに接続され、燃料電池スタック２０のアノードに対する燃料ガスの供給流路を構成する。燃料ガスタンク５１は、例えば高圧の水素ガスを貯蔵している。開閉弁５２は、アノード供給配管５０１において燃料ガスタンク５１の手前に設けられている。開閉弁５２は、開弁状態において燃料ガスタンク５１の燃料ガスを下流側へと流通させる。レギュレータ５３は、アノード供給配管５０１において開閉弁５２の下流側に設けられている。レギュレータ５３は、制御装置６０の制御によって、インジェクタ５４よりも上流側における燃料ガスの圧力を調整する。 The anode supply pipe 501 is connected to the fuel gas tank 51, which is a fuel gas supply source, and the inlet of the anode of the fuel cell stack 20, and constitutes a fuel gas supply flow path to the anode of the fuel cell stack 20. The fuel gas tank 51 stores, for example, high-pressure hydrogen gas. The on-off valve 52 is provided in front of the fuel gas tank 51 in the anode supply pipe 501. The on-off valve 52 circulates the fuel gas of the fuel gas tank 51 to the downstream side in the valve open state. The regulator 53 is provided on the downstream side of the on-off valve 52 in the anode supply pipe 501. The regulator 53 adjusts the pressure of the fuel gas on the upstream side of the injector 54 by the control of the control device 60.

インジェクタ５４は、アノード供給配管５０１においてレギュレータ５３の下流側に設けられている。インジェクタ５４は、アノード供給配管５０１のうち、後述するアノード循環配管５０２の合流地点よりも上流側に配置されている。インジェクタ５４は、制御装置６０によって設定された駆動周期や開弁時間に応じて、電磁的に駆動する開閉弁である。制御装置６０は、インジェクタ５４を制御することにより、燃料電池スタック２０に供給される燃料ガスの供給量を調整する。 The injector 54 is provided on the downstream side of the regulator 53 in the anode supply pipe 501. The injector 54 is arranged on the upstream side of the anode supply pipe 501 at the confluence point of the anode circulation pipe 502, which will be described later. The injector 54 is an on-off valve that is electromagnetically driven according to the drive cycle and valve opening time set by the control device 60. The control device 60 adjusts the supply amount of the fuel gas supplied to the fuel cell stack 20 by controlling the injector 54.

燃料ガス循環系５０Ｂは、燃料電池スタック２０のアノードから排出されるアノードオフガスを、液体成分を分離させた上で、アノード供給配管５０１に循環させる。燃料ガス循環系５０Ｂは、アノード循環配管５０２と、気液分離器５７と、循環ポンプ５５とを有する。 The fuel gas circulation system 50B circulates the anode off gas discharged from the anode of the fuel cell stack 20 to the anode supply pipe 501 after separating the liquid component. The fuel gas circulation system 50B includes an anode circulation pipe 502, a gas-liquid separator 57, and a circulation pump 55.

アノード循環配管５０２は、燃料電池スタック２０のアノード出口とアノード供給配管５０１とに接続され、アノードから排出されるアノードオフガスをアノード供給配管５０１へと導く燃料ガスの循環路を構成する。気液分離器５７は、アノード循環配管５０２に設けられ、アノードオフガスから水蒸気を含む液体成分を分離し、液水の状態で貯留する。循環ポンプ５５は、アノード循環配管５０２において気液分離器５７の下流側に設けられている。循環ポンプ５５は、気液分離器５７に流入した燃料オフガスをアノード供給配管５０１へと送り出す。 The anode circulation pipe 502 is connected to the anode outlet of the fuel cell stack 20 and the anode supply pipe 501, and constitutes a fuel gas circulation path that guides the anode off gas discharged from the anode to the anode supply pipe 501. The gas-liquid separator 57 is provided in the anode circulation pipe 502, separates a liquid component containing water vapor from the anode off-gas, and stores the liquid component in the state of liquid water. The circulation pump 55 is provided on the downstream side of the gas-liquid separator 57 in the anode circulation pipe 502. The circulation pump 55 sends the fuel off gas that has flowed into the gas-liquid separator 57 to the anode supply pipe 501.

燃料ガス排出系５０Ｃは、アノードオフガスや気液分離器５７に貯留された液水を排ガス配管３０６へと排出する。燃料ガス排出系５０Ｃは、アノード排出配管５０４と排気排水弁５８と、を有する。アノード排出配管５０４は、気液分離器５７の排出口と、排ガス配管３０６とに接続され、気液分離器５７の排出口から排出される排水と、気液分離器５７内を通過するアノードオフガスの一部とを燃料ガス給排系５０から排出する排気排水路を構成する。排気排水弁５８は、アノード排出配管５０４に設けられ、アノード排出配管５０４を開閉する。排気排水弁５８としては、例えば、ダイヤフラム弁が用いられる。燃料電池システム１０の発電時には、制御装置６０は、予め定めたタイミングで排気排水弁５８に対して開弁指示を行う。排気排水弁５８が開かれると、気液分離器５７に貯留された水分とアノードオフガスとが、排ガス配管３０６を通じて大気中へと排出される。 The fuel gas discharge system 50C discharges the anode off gas and the liquid water stored in the gas-liquid separator 57 to the exhaust gas pipe 306. The fuel gas discharge system 50C has an anode discharge pipe 504 and an exhaust drain valve 58. The anode discharge pipe 504 is connected to the discharge port of the gas / liquid separator 57 and the exhaust gas pipe 306, and the drainage discharged from the discharge port of the gas / liquid separator 57 and the anode off gas passing through the gas / liquid separator 57. A part of the exhaust gas is discharged from the fuel gas supply / exhaust system 50. The exhaust drain valve 58 is provided in the anode discharge pipe 504 and opens and closes the anode discharge pipe 504. As the exhaust drain valve 58, for example, a diaphragm valve is used. At the time of power generation of the fuel cell system 10, the control device 60 gives an instruction to open the exhaust / drain valve 58 at a predetermined timing. When the exhaust drain valve 58 is opened, the water stored in the gas-liquid separator 57 and the anode off-gas are discharged into the atmosphere through the exhaust gas pipe 306.

冷媒循環系７０は、冷媒循環路７９と、冷媒循環ポンプ７４と、ラジエータ７１と、ラジエータファン７２と、ＦＣ温度センサ７３とを備える。 The refrigerant circulation system 70 includes a refrigerant circulation path 79, a refrigerant circulation pump 74, a radiator 71, a radiator fan 72, and an FC temperature sensor 73.

冷媒循環路７９は、冷媒供給路７９Ａと、冷媒排出路７９Ｂとを有する。冷媒供給路７９Ａは、燃料電池スタック２０に冷媒を供給するための管である。冷媒排出路７９Ｂは、燃料電池スタック２０から冷媒を排出するための管である。冷媒循環ポンプ７４は、冷媒供給路７９Ａの冷媒を燃料電池スタック２０へ送り出す。ラジエータ７１は、ラジエータファン７２によって風が送られて放熱することで、内部を流通する冷媒を冷却する。ＦＣ温度センサ７３は、燃料電池スタック２０における冷却媒体の排出口近傍に設置され、冷媒循環路７９を流れる冷却媒体の温度を測定する。燃料電池システム１０では、かかる冷却媒体の温度は、燃料電池スタック２０の温度（以下、「ＦＣ温度」と呼ぶ）として扱われる。 The refrigerant circulation path 79 has a refrigerant supply path 79A and a refrigerant discharge path 79B. The refrigerant supply path 79A is a pipe for supplying the refrigerant to the fuel cell stack 20. The refrigerant discharge path 79B is a pipe for discharging the refrigerant from the fuel cell stack 20. The refrigerant circulation pump 74 sends the refrigerant in the refrigerant supply path 79A to the fuel cell stack 20. The radiator 71 cools the refrigerant circulating inside by sending air from the radiator fan 72 to dissipate heat. The FC temperature sensor 73 is installed near the discharge port of the cooling medium in the fuel cell stack 20 and measures the temperature of the cooling medium flowing through the refrigerant circulation path 79. In the fuel cell system 10, the temperature of the cooling medium is treated as the temperature of the fuel cell stack 20 (hereinafter, referred to as “FC temperature”).

制御装置６０は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｔｃｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ）とも呼ばれ、ＣＰＵ６１とメモリ６２とを備えるコンピュータとして構成されている。ＣＰＵ６１は、メモリ６２に記憶されている制御プログラムを読み出して実行することにより、目標動作点決定部６１１、運転制御部６１２、故障状態特定部６１３として機能する。 The control device 60 is also called an ECU (Electronic Controller Unit), and is configured as a computer including a CPU 61 and a memory 62. The CPU 61 functions as a target operating point determination unit 611, an operation control unit 612, and a failure state identification unit 613 by reading and executing the control program stored in the memory 62.

目標動作点決定部６１１は、燃料電池スタック２０の暖機目標動作点を決定する。燃料電池スタック２０の暖機目標動作点とは、本実施形態においては、燃料電池スタック２０の出力電圧および出力電流により規定される動作点のうち、目標とする暖機目標動作点を意味する。目標動作点決定部６１１は、暖機運転を開始するための予め定められた条件が満たされる場合に、燃料電池スタック２０に対する暖機時要求電力量と暖機時要求発熱量に応じて目標動作点を決定する。 The target operating point determination unit 611 determines the warm-up target operating point of the fuel cell stack 20. The warm-up target operating point of the fuel cell stack 20 means, in the present embodiment, the target warm-up target operating point among the operating points defined by the output voltage and the output current of the fuel cell stack 20. When the predetermined conditions for starting the warm-up operation are satisfied, the target operating point determination unit 611 operates the target operation according to the required power amount during warm-up and the required heat generation amount during warm-up for the fuel cell stack 20. Determine the point.

運転制御部６１２は、燃料電池スタック２０の出力電圧と出力電流のうちの少なくとも一方を制御することにより、燃料電池スタック２０の動作点が故障時目標動作点となるように、燃料電池スタック２０の運転を制御する。本実施形態において、燃料電池スタック２０の出力電圧の制御は、エアストイキ比を調整するなどして実現される。また、燃料電池スタック２０の出力電流の制御は、後述するように、ＦＣコンバータ９５により実現される。 The operation control unit 612 controls at least one of the output voltage and the output current of the fuel cell stack 20 so that the operating point of the fuel cell stack 20 becomes the target operating point at the time of failure. Control driving. In the present embodiment, the control of the output voltage of the fuel cell stack 20 is realized by adjusting the air stochastic ratio or the like. Further, the control of the output current of the fuel cell stack 20 is realized by the FC converter 95 as described later.

故障状態特定部６１３は、予め定められている補機が故障しているか否かを特定する。本実施形態では、「予め定められている補機」は、後述のヒータ８１が該当する。本実施形態において故障状態特定部６１３は、ヒータ８１に対して給電を行った場合における車室内の温度を測定する図示しない温度センサによって検出される温度の時間変化が所定温度以上の変化でない場合に、ヒータ８１が故障していると特定し、かかる時間変化が所定温度以上の変化である場合に、ヒータ８１が故障していないと特定する。 The failure state specifying unit 613 specifies whether or not a predetermined auxiliary machine is out of order. In the present embodiment, the "predetermined auxiliary machine" corresponds to the heater 81 described later. In the present embodiment, the failure state specifying unit 613 is when the time change of the temperature detected by the temperature sensor (not shown) that measures the temperature in the vehicle interior when power is supplied to the heater 81 is not a change of a predetermined temperature or more. , It is specified that the heater 81 is out of order, and when the change over time is a change of a predetermined temperature or more, it is specified that the heater 81 is not out of order.

図３は、燃料電池システム１０の電気的構成を示す概念図である。燃料電池システム１０は、ＦＣコンバータ９５と、ＤＣ／ＡＣインバータ９８と、電圧センサ９１と、電流センサ９２と、二次電池９６と、バッテリコンバータ９７と、ヒータ８１と、補機用インバータ８２とを備える。 FIG. 3 is a conceptual diagram showing the electrical configuration of the fuel cell system 10. The fuel cell system 10 includes an FC converter 95, a DC / AC inverter 98, a voltage sensor 91, a current sensor 92, a secondary battery 96, a battery converter 97, a heater 81, and an auxiliary inverter 82. Be prepared.

電圧センサ９１は、燃料電池スタック２０の電圧を計測するために用いられる。電圧センサ９１は、燃料電池スタック２０の全ての燃料電池セル２１それぞれと接続されており、全ての燃料電池セル２１それぞれを対象に電圧を計測する。電圧センサ９１は、その計測結果を制御装置６０に送信する。電圧センサ９１によって計測された全ての燃料電池セル２１の計測電圧を合計することで燃料電池スタック２０の総電圧（以下、「ＦＣ電圧」とも呼ぶ）が計測される。なお、燃料電池システム１０は、電圧センサ９１に代えて、燃料電池スタック２０の両端の電圧を計測する電圧センサを有していてもよい。この場合、計測された両端の電圧値が、燃料電池スタック２０の総電圧（出力電圧）となる。電流センサ９２は、燃料電池スタック２０による出力電流値を計測し、制御装置６０に送信する。 The voltage sensor 91 is used to measure the voltage of the fuel cell stack 20. The voltage sensor 91 is connected to each of all the fuel cell 21 of the fuel cell stack 20, and measures the voltage for each of all the fuel cell 21. The voltage sensor 91 transmits the measurement result to the control device 60. The total voltage of the fuel cell stack 20 (hereinafter, also referred to as “FC voltage”) is measured by summing the measured voltages of all the fuel cell 21 measured by the voltage sensor 91. The fuel cell system 10 may have a voltage sensor that measures the voltage across the fuel cell stack 20 instead of the voltage sensor 91. In this case, the measured voltage values across the ends are the total voltage (output voltage) of the fuel cell stack 20. The current sensor 92 measures the output current value of the fuel cell stack 20 and transmits it to the control device 60.

ＦＣコンバータ９５は、ＤＣ／ＤＣコンバータによって構成され、燃料電池スタック２０の電流（以下、単に「ＦＣ電流」とも呼ぶ）を制御する回路として機能する。ＦＣコンバータ９５は、制御装置６０から送信される電流指令値に基づきＦＣ電流を制御する。電流指令値とは、燃料電池スタック２０による出力電流の目標値を表す値であり、制御装置６０によって設定される。 The FC converter 95 is composed of a DC / DC converter and functions as a circuit for controlling the current of the fuel cell stack 20 (hereinafter, also simply referred to as “FC current”). The FC converter 95 controls the FC current based on the current command value transmitted from the control device 60. The current command value is a value representing a target value of the output current of the fuel cell stack 20, and is set by the control device 60.

ＤＣ／ＡＣインバータ９８は、燃料電池スタック２０と負荷２００とに接続されている。負荷２００は、駆動力源である図示しないトラクションモータや、エアコンプレッサ３３等の補機類を含む。ＤＣ／ＡＣインバータ９８は、燃料電池スタック２０や二次電池９６から出力される直流電力を交流電力へと変換し、負荷２００に供給する。また、負荷２００に含まれる走行モータにおいて回生電力が発生した場合には、ＤＣ／ＡＣインバータ９８はその回生電力を直流電力に変換する。ＤＣ／ＡＣインバータ９８によって直流電力に変換された回生電力は、バッテリコンバータ９７を介して二次電池９６に蓄電される。 The DC / AC inverter 98 is connected to the fuel cell stack 20 and the load 200. The load 200 includes an auxiliary machine such as a traction motor (not shown) which is a driving force source and an air compressor 33. The DC / AC inverter 98 converts the DC power output from the fuel cell stack 20 and the secondary battery 96 into AC power and supplies it to the load 200. Further, when the regenerative power is generated in the traveling motor included in the load 200, the DC / AC inverter 98 converts the regenerative power into DC power. The regenerative power converted into DC power by the DC / AC inverter 98 is stored in the secondary battery 96 via the battery converter 97.

二次電池９６は、燃料電池スタック２０とともに、燃料電池システム１０の電力源として機能する。二次電池９６は、燃料電池スタック２０によって生じる電力や上述した回生電力によって充電される。本実施形態では、二次電池９６は、発電電力を蓄電可能なリチウムイオン二次電池により構成されている。このため、二次電池９６は、氷点下では、充放電量の許容範囲が著しく狭くなる温度特性を有している。バッテリコンバータ９７は、ＤＣ／ＤＣコンバータによって構成され、制御装置６０の指示に応じて二次電池９６の充放電を制御する。 The secondary battery 96, together with the fuel cell stack 20, functions as a power source for the fuel cell system 10. The secondary battery 96 is charged by the electric power generated by the fuel cell stack 20 and the regenerative electric power described above. In the present embodiment, the secondary battery 96 is composed of a lithium ion secondary battery capable of storing generated power. Therefore, the secondary battery 96 has a temperature characteristic that the allowable range of the charge / discharge amount becomes remarkably narrow below the freezing point. The battery converter 97 is composed of a DC / DC converter, and controls the charging and discharging of the secondary battery 96 according to the instruction of the control device 60.

ヒータ８１は、車両が有する車室用の空調装置の一部として機能し、空調用の冷却媒体を加熱するのに用いられる。ヒータ８１は、二次電池９６とバッテリコンバータ９７とを接続する電力配線に接続されている。ヒータ８１には、二次電池９６またはバッテリコンバータ９７を介して燃料電池スタック２０から電力が供給される。このヒータ８１は、後述の暖機運転時に燃料電池スタック２０により生じる発電電力を消費して作動する装置としても機能する。 The heater 81 functions as a part of the air conditioner for the passenger compartment of the vehicle, and is used to heat the cooling medium for air conditioning. The heater 81 is connected to a power wiring connecting the secondary battery 96 and the battery converter 97. Power is supplied to the heater 81 from the fuel cell stack 20 via the secondary battery 96 or the battery converter 97. The heater 81 also functions as a device that operates by consuming the generated power generated by the fuel cell stack 20 during the warm-up operation described later.

補機用インバータ８２は、ヒータ８１と同様に、二次電池９６とバッテリコンバータ９７とを接続する電力配線に接続されている。補機用インバータ８２は、直流を三相交流に変換して循環ポンプ５５および冷媒循環ポンプ７４に電力を供給する。 The auxiliary inverter 82 is connected to the power wiring connecting the secondary battery 96 and the battery converter 97, similarly to the heater 81. The auxiliary inverter 82 converts direct current into three-phase alternating current and supplies electric power to the circulation pump 55 and the refrigerant circulation pump 74.

上記構成を備える燃料電池システム１０では、低温環境下での始動時、例えば、ＦＣ温度が氷点下の状態で燃料電池スタック２０が始動される場合には、暖機運転が実行される。暖機運転とは、通常運転時よりもエアストイキ比を低減させることにより燃料電池スタック２０を低効率で発電させて廃熱量を増大させる運転である。かかる廃熱により燃料電池スタック２０の温度を急速に上昇させることができ、各燃料電池セル２１において凍結に伴うエア流路の詰まりを解消できる。なお、「エアストイキ比」とは、燃料電池スタック２０による所定発電量を得るために必要なカソードガス量に対する実際の供給カソードガス量の比率を意味する。 In the fuel cell system 10 having the above configuration, warm-up operation is executed when the fuel cell system 10 is started in a low temperature environment, for example, when the fuel cell stack 20 is started in a state where the FC temperature is below the freezing point. The warm-up operation is an operation in which the fuel cell stack 20 is generated with low efficiency and the amount of waste heat is increased by reducing the air stoichiometric ratio as compared with the normal operation. The temperature of the fuel cell stack 20 can be rapidly raised by such waste heat, and clogging of the air flow path due to freezing in each fuel cell 21 can be eliminated. The "air stoichiometric ratio" means the ratio of the actual amount of supplied cathode gas to the amount of cathode gas required to obtain a predetermined amount of power generation by the fuel cell stack 20.

燃料電池システム１０では、後述の動作点制御処理が実行されることにより、暖機運転時にヒータ８１が故障している場合でも、暖機運転時の動作点（出力電圧および出力電流）が不安定となることを抑制できる。「動作点が不安定」とは、燃料電池スタック２０の電圧および電流が短時間の間に頻繁に変化することと、短時間の間に所定値以上に大きく変化することとのうちの少なくとも一方が成立する状態を意味する。 In the fuel cell system 10, the operating point control process described later is executed, so that the operating point (output voltage and output current) during the warm-up operation is unstable even if the heater 81 fails during the warm-up operation. Can be suppressed. "Instability of operating point" means at least one of frequent changes in the voltage and current of the fuel cell stack 20 in a short period of time and large changes in a predetermined value or more in a short period of time. Means the state that holds.

Ａ２．動作点制御処理：
図４および図５は、燃料電池システム１０において実行される動作点制御処理の手順を示すフローチャートである。動作点制御処理とは、燃料電池スタック２０の目標動作点を決定し、動作点がかかる目標動作点となるように制御する処理を意味する。動作点制御処理は、車両に対する起動操作がされ、燃料電池システム１０の運転開始が指令されると実行される。 A2. Operating point control process:
4 and 5 are flowcharts showing the procedure of the operating point control process executed in the fuel cell system 10. The operating point control process means a process of determining a target operating point of the fuel cell stack 20 and controlling the operating point to be the target operating point. The operating point control process is executed when the vehicle is started and the operation start of the fuel cell system 10 is instructed.

故障状態特定部６１３は、ヒータ８１が正常であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。ヒータ８１が正常であると判定された場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、目標動作点決定部６１１は、燃料電池スタック２０のパワー指令値（以下、「ＦＣパワー指令値」とも呼ぶ）を、要求パワーに設定する（ステップＳ１５）。「ＦＣパワー指令値」とは、燃料電池スタック２０に対して指示する発電量を意味する。「要求パワー」とは、車両において電力を消費する装置およびその制御装置から要求される電力量の合計値を意味する。制御装置６０は、循環ポンプ５５や冷媒循環ポンプ７４やヒータ８１等の補機類や、負荷２００からの要求発電量を特定して合算し、要求パワーを算出する図示しない機能部を有している。ステップＳ１５では、燃料電池スタック２０に対して指示する発電量を、補機類や負荷２００等の合計要求発電量に設定することを意味する。 The failure state specifying unit 613 determines whether or not the heater 81 is normal (step S10). When it is determined that the heater 81 is normal (step S10: Yes), the target operating point determination unit 611 uses the power command value of the fuel cell stack 20 (hereinafter, also referred to as “FC power command value”) as the required power. (Step S15). The "FC power command value" means the amount of power generation instructed to the fuel cell stack 20. "Required power" means the total value of the amount of electric power required from the device that consumes electric power in the vehicle and the control device thereof. The control device 60 has auxiliary equipment such as a circulation pump 55, a refrigerant circulation pump 74, and a heater 81, and a functional unit (not shown) that specifies and totals the required power generation amount from the load 200 to calculate the required power. There is. In step S15, it means that the power generation amount instructed to the fuel cell stack 20 is set to the total required power generation amount of the auxiliary equipment, the load 200, and the like.

他方、ステップＳ１０においてヒータ８１が正常でないと判定された場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）、目標動作点決定部６１１は、ＦＣパワー指令値を、要求パワーからヒータ８１の消費電力量を差し引いた値に設定する（ステップＳ２０）。 On the other hand, when it is determined in step S10 that the heater 81 is not normal (step S10: No), the target operating point determination unit 611 sets the FC power command value to the value obtained by subtracting the power consumption of the heater 81 from the required power. Set (step S20).

目標動作点決定部６１１は、燃料電池スタック２０の電圧目標値Ｂを求める（ステップＳ２５）。電圧目標値Ｂは、ヒータ８１が故障している状態の電圧目標値に相当する。目標動作点決定部６１１は、上記ステップＳ２０で求めた燃料電池スタック２０のＦＣパワー指令値と発熱量要求値とを下記式（１）に当てはめて電圧目標値Ｂを算出する。なお、発熱量要求値とは、暖機運転時であれば、燃料電池スタック２０を昇温させるために必要な発熱量の要求値を意味する。制御装置６０は、暖機運転時の発熱量要求値を求める機能部を有する。かかる機能部は、例えば、外気温センサ３８により検出される外気温と、ＦＣ温度（ＦＣ温度センサ７３により検出される冷却媒体温度）を用いて、発熱要求値を求めることができる。下記式（１）における「理論起電圧」は、例えば、１．２３Ｖなどの固定値として、予めメモリ６２に記憶されている。
電圧目標値Ｂ＝パワー指令値／｛（パワー指令値＋発熱量要求値）／（理論起電圧×セル枚数）｝ ・・・（１） The target operating point determination unit 611 obtains the voltage target value B of the fuel cell stack 20 (step S25). The voltage target value B corresponds to a voltage target value in a state where the heater 81 is out of order. The target operating point determination unit 611 calculates the voltage target value B by applying the FC power command value and the calorific value required value of the fuel cell stack 20 obtained in step S20 to the following equation (1). The calorific value required value means a required calorific value required for raising the temperature of the fuel cell stack 20 during warm-up operation. The control device 60 has a functional unit for obtaining a heat generation amount required value during warm-up operation. Such a functional unit can obtain a heat generation required value by using, for example, the outside air temperature detected by the outside air temperature sensor 38 and the FC temperature (cooling medium temperature detected by the FC temperature sensor 73). The "theoretical electromotive force" in the following equation (1) is stored in the memory 62 in advance as a fixed value such as 1.23V.
Voltage target value B = power command value / {(power command value + calorific value required value) / (theoretical electromotive voltage x number of cells)} ... (1)

目標動作点決定部６１１は、燃料電池スタック２０の電圧目標値Ａを求める（ステップＳ３０）。電圧目標値Ａは、ヒータ８１が故障していない状態の電圧目標値に相当する。目標動作点決定部６１１は、上記ステップＳ１５で求めた燃料電池スタック２０のパワー指令値である「要求パワー」と発熱量要求値とを下記式（２）に当てはめて電圧目標値Ａを算出する。なお、発熱量要求量および理論起電圧は、上記式（１）と同じである。
電圧目標値Ａ＝要求パワー／｛（要求パワー＋発熱量要求値）／（理論起電圧×セル枚数）｝ ・・・（２） The target operating point determination unit 611 obtains the voltage target value A of the fuel cell stack 20 (step S30). The voltage target value A corresponds to a voltage target value in a state where the heater 81 has not failed. The target operating point determination unit 611 calculates the voltage target value A by applying the “required power” which is the power command value of the fuel cell stack 20 obtained in step S15 and the calorific value required value to the following equation (2). .. The calorific value requirement and the theoretical electromotive force are the same as those in the above equation (1).
Voltage target value A = required power / {(required power + required calorific value) / (theoretical electromotive force x number of cells)} ... (2)

目標動作点決定部６１１は、燃料電池スタック２０の電圧目標値Ａが電圧目標値Ｂよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ３５）。燃料電池スタック２０の電圧目標値Ａが電圧目標値Ｂよりも大きいと判定された場合（ステップＳ３５：Ｙｅｓ）、目標動作点決定部６１１は、燃料電池スタック２０の電圧目標値（以下、「ＦＣ電圧目標値」と呼ぶ）に「電圧目標値Ａ」を設定する（ステップＳ４０）。「ＦＣ電圧目標値」とは、目標動作点の電圧値を意味する。他方、燃料電池スタック２０の電圧目標値Ａが電圧目標値Ｂよりも大きくないと判定された場合（ステップＳ３５：Ｎｏ）、目標動作点決定部６１１は、ＦＣ電圧目標値に「電圧目標値Ｂ」を設定する（ステップＳ４５）。 The target operating point determination unit 611 determines whether or not the voltage target value A of the fuel cell stack 20 is larger than the voltage target value B (step S35). When it is determined that the voltage target value A of the fuel cell stack 20 is larger than the voltage target value B (step S35: Yes), the target operating point determination unit 611 determines the voltage target value of the fuel cell stack 20 (hereinafter, “FC”). “Voltage target value A” is set in (referred to as “voltage target value”) (step S40). The "FC voltage target value" means a voltage value at a target operating point. On the other hand, when it is determined that the voltage target value A of the fuel cell stack 20 is not larger than the voltage target value B (step S35: No), the target operating point determination unit 611 sets the FC voltage target value to “voltage target value B”. "(Step S45).

目標動作点決定部６１１は、燃料電池スタック２０の電流目標値（以下、「ＦＣ電流目標値」と呼ぶ）を求める（ステップＳ５０）。「ＦＣ電流目標値」とは、目標動作点の電流値を意味する。目標動作点決定部６１１は、ＦＣパワー指令値とＦＣ目標電圧値とを下記式（３）に当てはめてＦＣ電流目標値を算出する。
ＦＣ電流目標値＝ＦＣパワー指令値／ＦＣ電圧目標値 ・・・（３） The target operating point determination unit 611 obtains a current target value (hereinafter, referred to as “FC current target value”) of the fuel cell stack 20 (step S50). The "FC current target value" means the current value of the target operating point. The target operating point determination unit 611 calculates the FC current target value by applying the FC power command value and the FC target voltage value to the following equation (3).
FC current target value = FC power command value / FC voltage target value ... (3)

図６は、ヒータ８１故障の有無による燃料電池スタック２０の動作点の相違を示す説明図である。図６において、横軸はＦＣ電流値（Ａ）を示し、縦軸はＦＣ電圧値（Ｖ）を示す。図６では、２つの等パワー曲線Ｌｐ１、Ｌｐ２と、３つの等発熱量曲線Ｌｑ１、Ｌｑ２、Ｌｑ３が表されている。２つの等パワー曲線Ｌｐ１、Ｌｐ２のうち、等パワー曲線Ｌｐ１は、等パワー曲線Ｌｐ２よりもより大きなパワー（発電量）を示している。例えば、等パワー曲線Ｌｐ１は、ヒータ８１の故障が生じていない状態におけるＦＣパワー指令値に相当し、等パワー曲線Ｌｐ２は、ヒータ８１の故障が生じている状態におけるＦＣパワー指令値に相当する。３つの等発熱量曲線Ｌｑ１、Ｌｑ２、Ｌｑ３は、この順序で、多い発熱量から少ない発熱量を示している。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing a difference in operating points of the fuel cell stack 20 depending on the presence or absence of a heater 81 failure. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the FC current value (A), and the vertical axis indicates the FC voltage value (V). In FIG. 6, two equal power curves Lp1 and Lp2 and three equal calorific value curves Lq1, Lq2 and Lq3 are shown. Of the two equal power curves Lp1 and Lp2, the equal power curve Lp1 shows a larger power (power generation amount) than the equal power curve Lp2. For example, the equal power curve Lp1 corresponds to the FC power command value in the state where the heater 81 has not failed, and the equal power curve Lp2 corresponds to the FC power command value in the state where the heater 81 has failed. The three equal calorific value curves Lq1, Lq2, and Lq3 show the calorific value from the large calorific value to the small calorific value in this order.

ヒータ８１の故障が生じていない状態において、要求発熱量が等発熱量曲線Ｌｑ１で示される発熱量である場合、ステップＳ１０〜Ｓ５０により、図６に示す動作点Ｅ１が目標動作点として決定される。これに対して、ヒータ８１の故障が生じている状態においては、ヒータ８１の故障が生じている状態におけるＦＣパワー指令値の等パワー曲線Ｌｐ２上の動作点であって、動作点Ｅ１と同じＦＣ目標電圧の動作点Ｅ２が、目標動作点として決定される。かかる動作点Ｅ２は、動作点Ｅ１（ヒータ８１の故障が生じていない状態において決定される目標動作点）に対して、要求電力量を低減した電力量である故障時要求電力量と、要求発熱量を低減した発熱量である故障時要求発熱量と、を満たす動作点といえる。このような動作点Ｅ２が目標動作点として設定されることの効果について、図７の比較例において決定される目標動作点と比較しながら説明する。なお、動作点Ｅ１は、本開示における「電力消費装置の故障が特定されていない状況において決定される暖機目標動作点」に相当し、動作点Ｅ２は、本開示における「故障時目標動作点」に相当する。「故障時目標動作点」は、図６において、暖機時要求電力量を低減した故障時要求電力量を示す等パワー曲線Ｌｐ２と、暖機時要求発熱量を低減した故障時要求発熱量を示す等発熱量曲線Ｌｑ２とを満たす動作点Ｅ２に相当する。 When the required calorific value is the calorific value shown by the equal calorific value curve Lq1 in a state where the heater 81 has not failed, the operating point E1 shown in FIG. 6 is determined as the target operating point by steps S10 to S50. .. On the other hand, in the state where the heater 81 has a failure, it is the operating point on the equal power curve Lp2 of the FC power command value in the state where the heater 81 has a failure, and is the same FC as the operating point E1. The operating point E2 of the target voltage is determined as the target operating point. The operating point E2 is the required power amount at the time of failure and the required heat generation, which are the power amounts obtained by reducing the required power amount with respect to the operating point E1 (the target operating point determined in the state where the heater 81 has not failed). It can be said that it is an operating point that satisfies the required calorific value at the time of failure, which is the calorific value reduced. The effect of setting such an operating point E2 as a target operating point will be described while comparing with the target operating point determined in the comparative example of FIG. 7. The operating point E1 corresponds to the "warm-up target operating point determined in a situation where the failure of the power consuming device is not specified" in the present disclosure, and the operating point E2 is the "target operating point at the time of failure" in the present disclosure. Is equivalent to. In FIG. 6, the “target operating point at the time of failure” is the equal power curve Lp2 showing the required power amount at the time of failure in which the required power amount at the time of warm-up is reduced, and the required heat generation amount at the time of failure in which the required heat generation amount at the time of warm-up is reduced. It corresponds to the operating point E2 that satisfies the equal calorific value curve Lq2 shown.

図７は、比較例において、ヒータ８１の故障の有無による燃料電池スタック２０の動作点の相違を示す説明図である。図７の縦軸および横軸は、図６の縦軸および横軸と同じであるので、その詳細な説明を省略する。比較例では、目標動作点は、要求パワーと要求発熱量とをいずれも満たす動作点として決定される。したがって、図７に示すように、ヒータ８１の故障が生じていない場合には、目標動作点は、図６と同様に動作点Ｅ１に設定される。これに対して、ヒータ８１の故障が生じた場合、比較例では、等パワー曲線Ｌｐ２と、等発熱量曲線Ｌｑ１との交点の動作点Ｅ３に、目標動作点が設定される。この動作点Ｅ３は、上述の動作点Ｅ２に比べてＦＣ電圧目標値が低い。このため、かかる目標動作点となるように燃料電池スタック２０に供給される空気量が調整されると、特に暖機運転実行中でありエアストイキ比が低い状態においては、燃料電池スタック２０への供給エア量が極端に少ない状態となる。このように供給エア量が極端に少なくなると、燃料電池スタック２０のカソードにおいて生じるポンピング水素の量が増大し、排ガス配管３０６から外部へ排出されるガス中の水素ガスの濃度が増大するという問題がある。「ポンピング水素」とは、アノードでイオン化した水素ガスが、電解質膜を介してカソードへと移動して電子と再結合することにより生じる水素ガスを意味する。加えて、燃料電池スタック２０への供給エア量が極端に少なくなると、燃料電池スタック２０の動作点（出力電圧および出力電流）が不安定となり、燃料電池スタック２０の制御が容易でなくなるという問題もある。かかる問題について、図８を用いて説明する。 FIG. 7 is an explanatory diagram showing a difference in operating points of the fuel cell stack 20 depending on the presence or absence of failure of the heater 81 in the comparative example. Since the vertical axis and the horizontal axis of FIG. 7 are the same as the vertical axis and the horizontal axis of FIG. 6, detailed description thereof will be omitted. In the comparative example, the target operating point is determined as an operating point that satisfies both the required power and the required calorific value. Therefore, as shown in FIG. 7, when the heater 81 has not failed, the target operating point is set to the operating point E1 as in FIG. On the other hand, when the heater 81 fails, the target operating point is set at the operating point E3 at the intersection of the equal power curve Lp2 and the equal calorific value curve Lq1 in the comparative example. This operating point E3 has a lower FC voltage target value than the above-mentioned operating point E2. Therefore, when the amount of air supplied to the fuel cell stack 20 is adjusted so as to reach such a target operating point, the fuel cell stack 20 is supplied to the fuel cell stack 20 especially when the warm-up operation is being executed and the air stochastic ratio is low. The amount of air is extremely small. When the amount of supplied air becomes extremely small in this way, the amount of pumping hydrogen generated at the cathode of the fuel cell stack 20 increases, and there is a problem that the concentration of hydrogen gas in the gas discharged to the outside from the exhaust gas pipe 306 increases. be. "Pumping hydrogen" means hydrogen gas produced by the hydrogen gas ionized at the anode moving to the cathode via the electrolyte membrane and recombination with electrons. In addition, if the amount of air supplied to the fuel cell stack 20 becomes extremely small, the operating points (output voltage and output current) of the fuel cell stack 20 become unstable, and it becomes difficult to control the fuel cell stack 20. be. Such a problem will be described with reference to FIG.

図８は、エアストイキ比の変化に応じた燃料電池スタック２０の電圧（ＦＣ電圧）の変化を示す説明図である。図８において、横軸はエアストイキ比を示し、縦軸はＦＣ電圧を示す。図８では、エアストイキ比とＦＣ電圧との関係を示す３つの曲線Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３が表されている。これら３つの曲線Ｉ１〜Ｉ３は、互いに燃料電池スタック２０における出力電流値が異なる。具体的には、曲線Ｉ１、曲線Ｉ２、曲線Ｉ３の順序で、次第に出力電流値が大きくなる。つまり、曲線Ｉ１の出力電流値が最も小さく、曲線Ｉ３の出力電流値が最も大きい。 FIG. 8 is an explanatory diagram showing a change in the voltage (FC voltage) of the fuel cell stack 20 according to a change in the air stochastic ratio. In FIG. 8, the horizontal axis represents the air strike ratio, and the vertical axis represents the FC voltage. In FIG. 8, three curves I1, I2, and I3 showing the relationship between the air strike ratio and the FC voltage are shown. These three curves I1 to I3 have different output current values in the fuel cell stack 20 from each other. Specifically, the output current value gradually increases in the order of curve I1, curve I2, and curve I3. That is, the output current value of the curve I1 is the smallest, and the output current value of the curve I3 is the largest.

いずれの曲線Ｉ１〜Ｉ３においても、エアストイキ比が大きくなるにつれて、エアストイキ比の変化に対するＦＣ電圧の変化の割合（以下、単に「変化割合」とも呼ぶ）が小さくなる。この変化割合とは、換言すると、「エアストイキ比を変化させた場合の単位量の変化に対する燃料電池スタック２０の出力電圧の変化の割合」ともいえる。変化割合が小さい場合には、実際のエアストイキ比が目標値からずれたとしても、実際の出力電圧と目標値とのずれ量は比較的小さい。これに対して、変化割合が大きい場合には、実際のエアストイキ比が目標値からずれた場合には、実際の出力電圧と目標値とのずれ量は比較的大きくなる。換言すると、ＦＣ電圧に対するエアストイキ比感度が大きくなる。このため、動作点の維持が困難となり電力収支が悪化する。「電力収支が悪化する」とは、必要とする電力を供給できなくなることや、消費できないほどの電力を発電してしまうことを意味する。消費できない程の電力が発電されると、二次電池９６への過充電が発生するおそれがある。そして、この場合、二次電池９６のカソードにおいてリチウム金属が析出し、二次電池９６の劣化を加速させるおそれがある。 In any of the curves I1 to I3, as the air strike ratio increases, the ratio of the change in FC voltage to the change in the air strike ratio (hereinafter, also simply referred to as “change ratio”) decreases. In other words, this rate of change can be said to be "the rate of change in the output voltage of the fuel cell stack 20 with respect to the change in the unit amount when the air stoichiometric ratio is changed". When the rate of change is small, the amount of deviation between the actual output voltage and the target value is relatively small even if the actual air strike ratio deviates from the target value. On the other hand, when the rate of change is large and the actual air strike ratio deviates from the target value, the amount of deviation between the actual output voltage and the target value becomes relatively large. In other words, the air stoichiometric ratio sensitivity to the FC voltage increases. Therefore, it becomes difficult to maintain the operating point and the power balance deteriorates. "The power balance deteriorates" means that the required power cannot be supplied or that power is generated so much that it cannot be consumed. If electric power that cannot be consumed is generated, the secondary battery 96 may be overcharged. In this case, lithium metal may precipitate at the cathode of the secondary battery 96, which may accelerate the deterioration of the secondary battery 96.

ここで、図８における点Ｐｏ１は、図６および図７に示す動作点Ｅ１に対応する点である。同様に、図８における点Ｐｏ２は、図６に示す動作点Ｅ２に対応する点であり、図８における点Ｐｏ３は、図７に示す動作点Ｅ３に対応する点である。そして、これらの３つの点Ｐｏ１〜Ｐｏ３における変化割合（傾き）は、点Ｐｏ１において最も小さく、点Ｐｏ２において２番目に小さく、点Ｐｏ３において最も大きい。したがって、本実施形態によれば、比較例に比べて変化割合を小さくでき、動作点（電圧および電流）の安定性（維持性）を向上させて燃料電池スタック２０の制御を容易にできる。 Here, the point Po1 in FIG. 8 corresponds to the operating point E1 shown in FIGS. 6 and 7. Similarly, the point Po2 in FIG. 8 corresponds to the operating point E2 shown in FIG. 6, and the point Po3 in FIG. 8 corresponds to the operating point E3 shown in FIG. 7. The rate of change (slope) at these three points Po1 to Po3 is the smallest at the point Po1, the second smallest at the point Po2, and the largest at the point Po3. Therefore, according to the present embodiment, the rate of change can be reduced as compared with the comparative example, the stability (sustainability) of the operating point (voltage and current) can be improved, and the control of the fuel cell stack 20 can be facilitated.

上述のステップＳ５０が完了すると、図５に示すようにステップＳ５５が実行される。ステップＳ５５において、運転制御部６１２は、選択されているシフトレンジがパーキング（Ｐ）であるか否かを判定する。本実施形態では、運転制御部６１２は、車両に搭載されているシフトレンジを制御するＥＣＵに対して現在選択されているシフトレンジを問い合わせることにより、ステップＳ５５を実行する。 When the above-mentioned step S50 is completed, step S55 is executed as shown in FIG. In step S55, the operation control unit 612 determines whether or not the selected shift range is parking (P). In the present embodiment, the operation control unit 612 executes step S55 by inquiring the currently selected shift range to the ECU that controls the shift range mounted on the vehicle.

選択されているシフトレンジがパーキング（Ｐ）であると判定された場合（ステップＳ５５：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ６０へと進む。選択されているシフトレンジがパーキングでないと判定された場合（ステップＳ５５：Ｎｏ）、処理はステップＳ６５へと進む。シフトレンジがパーキングである場合、車両は停止しており、運転者の操作に伴う燃料電池スタック２０の動作点の変動は少ない。 If it is determined that the selected shift range is parking (P) (step S55: Yes), the process proceeds to step S60. If it is determined that the selected shift range is not parking (step S55: No), the process proceeds to step S65. When the shift range is parking, the vehicle is stopped and the operating point of the fuel cell stack 20 does not fluctuate much due to the driver's operation.

ステップＳ６０において、運転制御部６１２は、電圧センサ９１により測定された測定電圧であるＦＣ電圧値（以下、「ＦＣ電圧測定値」と呼ぶ）が閾値電圧より大きいか否かを判定する。ステップＳ６０の閾値電圧は、燃料電池スタック２０やカソード供給配管３０２の内部に残存する酸素量が所定量以上である場合に対応する出力電圧として予め実験等により求められて設定されている。また、この残存する酸素量の「所定量」は、エアストイキ比を低減した状況において残存酸素量がゼロである場合に比べて出力電圧のずれが所定電圧値以上となる酸素量として予め実験等により求められて設定されている。燃料電池スタック２０やカソード供給配管３０２の内部に酸素が残存している場合、カソード反応ガスの供給量を絞っても発電量は酸素が残存しない場合に比べて低下せず、ＦＣ電圧は低下しない。 In step S60, the operation control unit 612 determines whether or not the FC voltage value (hereinafter, referred to as “FC voltage measured value”), which is the measured voltage measured by the voltage sensor 91, is larger than the threshold voltage. The threshold voltage in step S60 is obtained and set in advance by experiments or the like as an output voltage corresponding to the case where the amount of oxygen remaining inside the fuel cell stack 20 or the cathode supply pipe 302 is a predetermined amount or more. Further, the "predetermined amount" of the remaining oxygen amount is an oxygen amount in which the deviation of the output voltage becomes equal to or more than the predetermined voltage value as compared with the case where the residual oxygen amount is zero in the situation where the air stoichiometric ratio is reduced, by experiments or the like in advance. It is requested and set. When oxygen remains inside the fuel cell stack 20 or the cathode supply pipe 302, the amount of power generation does not decrease and the FC voltage does not decrease even if the supply amount of the cathode reaction gas is reduced as compared with the case where oxygen does not remain. ..

ＦＣ電圧測定値が閾値電圧より大きいと判定された場合（ステップＳ６０：Ｙｅｓ）、運転制御部６１２は、実電圧制御処理を実行する（ステップＳ７０）。実電圧制御とは、ＦＣ電圧測定値が、ＦＣ目標電圧値に近づくように、エアストイキ比を調整する制御である。なお、このとき、ＦＣコンバータ９５により燃料電池スタック２０から掃引する電流値（ＦＣ電流指令値）は、下記式（４）により算出される。
ＦＣ電流指令値＝（ＦＣ電流目標値×ＦＣ電圧目標値）／ＦＣ電圧測定値 ・・・（４） When it is determined that the FC voltage measured value is larger than the threshold voltage (step S60: Yes), the operation control unit 612 executes the actual voltage control process (step S70). The actual voltage control is a control for adjusting the air stochastic ratio so that the measured FC voltage value approaches the FC target voltage value. At this time, the current value (FC current command value) swept from the fuel cell stack 20 by the FC converter 95 is calculated by the following equation (4).
FC current command value = (FC current target value x FC voltage target value) / FC voltage measurement value ... (4)

例えば、ＦＣ電圧測定値がＦＣ目標電圧値に比べて小さい場合には、その差分が大きいほど、よりエアストイキ比が大きくなるように、エアコンプレッサ３３の回転数が増大されたり、バイパス弁３９の開度が小さくされたり調整される。このような実電圧制御が行われることにより、燃料電池スタック２０やカソード供給配管３０２の内部に残存酸素が存在する場合であっても、後述する通常制御とは異なりエアストイキ比に基づき制御を行わないため、例えば、エアストイキ比を絞る暖機運転を開始する場合において、狙いのＦＣ電圧目標値と、実際のＦＣ電圧値とのずれを小さく抑制できる。ステップＳ７０の完了後、処理はステップＳ１０に戻る。 For example, when the FC voltage measurement value is smaller than the FC target voltage value, the rotation speed of the air compressor 33 is increased or the bypass valve 39 is opened so that the larger the difference is, the larger the air stochastic ratio is. The degree is reduced or adjusted. By performing such actual voltage control, even if residual oxygen is present inside the fuel cell stack 20 or the cathode supply pipe 302, the control is not performed based on the air stochastic ratio unlike the normal control described later. Therefore, for example, when starting a warm-up operation in which the air stochastic ratio is narrowed down, the deviation between the target FC voltage target value and the actual FC voltage value can be suppressed to a small extent. After the completion of step S70, the process returns to step S10.

上述のステップＳ６０において、ＦＣ電圧測定値が閾値電圧より大きくないと判定された場合（ステップＳ６０：Ｎｏ）、運転制御部６１２は、通常制御を実行する（ステップＳ７５）。通常制御とは、ＦＣ電流目標値と、ＦＣ電圧目標値とを下記式（５）に当てはめてＦＣ電流指令値を求め、かかるＦＣ電流指令値に対応するエアストイキ比となるように、エアコンプレッサ３３の回転数や、バイパス弁３９の開度を調整する。
ＦＣ電流指令値＝（ＦＣ電流目標値×ＦＣ電圧目標値）／ＦＣ電圧目標値 ・・・（５） When it is determined in step S60 described above that the FC voltage measurement value is not larger than the threshold voltage (step S60: No), the operation control unit 612 executes normal control (step S75). In the normal control, the FC current target value and the FC voltage target value are applied to the following equation (5) to obtain the FC current command value, and the air compressor 33 has an air stochastic ratio corresponding to the FC current command value. And the opening degree of the bypass valve 39 are adjusted.
FC current command value = (FC current target value x FC voltage target value) / FC voltage target value ... (5)

ここで、メモリ６２には、予めエアストイキ比に応じたエアコンプレッサ３３の回転数や、バイパス弁３９の開度が予め設定されているマップが記憶されており、ステップＳ７５では、運転制御部６１２は、かかるマップを参照して、エアコンプレッサ３３の回転数やバイパス弁３９の開度を決定する。このマップでは、燃料電池スタック２０およびカソード供給配管３０２の内部に残存酸素が存在しない前提において、エアストイキ比と、エアコンプレッサ３３の回転数およびバイパス弁３９の開度とが対応付けられている。したがって、燃料電池スタック２０の出力電圧が閾値電圧以下である場合には、かかるマップを利用した制御が行われることにより、狙いのＦＣ電圧目標値と実際の出力電圧値とのずれを小さく抑制できる。ステップＳ７５の完了後、処理はステップＳ１０に戻る。 Here, in the memory 62, a map in which the rotation speed of the air compressor 33 according to the air stochastic ratio and the opening degree of the bypass valve 39 are preset is stored, and in step S75, the operation control unit 612 is stored. With reference to such a map, the rotation speed of the air compressor 33 and the opening degree of the bypass valve 39 are determined. In this map, on the premise that there is no residual oxygen inside the fuel cell stack 20 and the cathode supply pipe 302, the air stoichiometric ratio is associated with the rotation speed of the air compressor 33 and the opening degree of the bypass valve 39. Therefore, when the output voltage of the fuel cell stack 20 is equal to or less than the threshold voltage, the deviation between the target FC voltage target value and the actual output voltage value can be suppressed to be small by performing the control using such a map. .. After the completion of step S75, the process returns to step S10.

上述のステップＳ５５において、選択されているシフトレンジがパーキング（Ｐ）でないと判定された場合（ステップＳ５５：Ｎｏ）、運転制御部６１２は、ＦＣ電圧目標値と、電圧センサ９１により測定された電圧（ＦＣ電圧測定値）との電圧差が、閾値電圧差より大きいか否かを判定する（ステップＳ６５）。差分電圧が閾値電圧差より大きいと判定された場合（ステップＳ６５：Ｙｅｓ）、上述のステップＳ７０が実行される。選択されているシフトレンジがパーキングでない場合、例えば、ドライブ（Ｄ）の場合、運転者の操作に応じて動作点は大きく且つ頻繁に変動し得る。このため、電力収支が悪化して、二次電池９６に対する過充電が起こり得る。そこで、この場合、少なくとも出力電圧値がＦＣ電圧目標値から大きくずれないように、実電圧制御を行うようにしている。 When it is determined in step S55 described above that the selected shift range is not parking (P) (step S55: No), the operation control unit 612 has the FC voltage target value and the voltage measured by the voltage sensor 91. It is determined whether or not the voltage difference from (FC voltage measured value) is larger than the threshold voltage difference (step S65). When it is determined that the difference voltage is larger than the threshold voltage difference (step S65: Yes), the above-mentioned step S70 is executed. If the selected shift range is not parking, for example drive (D), the operating point can fluctuate significantly and frequently in response to the driver's operation. Therefore, the power balance deteriorates, and overcharging of the secondary battery 96 may occur. Therefore, in this case, the actual voltage is controlled so that at least the output voltage value does not deviate significantly from the FC voltage target value.

これに対して、差分電圧が閾値電圧差より大きくないと判定された場合（ステップＳ６５：Ｎｏ）、上述のステップＳ７５が実行され、通常制御が実行される。 On the other hand, when it is determined that the difference voltage is not larger than the threshold voltage difference (step S65: No), the above-mentioned step S75 is executed, and normal control is executed.

以上説明した第１実施形態における燃料電池システム１０によれば、ヒータ８１が故障している状態での暖機運転時の目標動作点を、暖機時要求電力量を低減した故障時要求電力量と、暖機時要求発熱量を低減した故障時要求発熱量と、を満たす動作点として決定する。このため、暖機時要求発熱量を維持したまま暖機時要求電力量を低減した動作点を新たな暖機目標動作点として決定し、かかる暖機目標動作点となるように燃料電池を運転させる構成（比較例）に比べて、エアストイキ比を過度に低減させることを抑制できる。このため、出力電圧に対するエアストイキ比感度がより大きな動作点にて燃料電池を動作させずに済み、故障時目標動作点における安定性、すなわち、出力電圧および出力電流を暖機目標動作点の値に維持する容易さを向上できる。したがって、暖機運転により生じた電力を消費可能な電力消費装置が故障している状況において、燃料電池の出力電圧および出力電流が不安定となることを抑制できる。 According to the fuel cell system 10 in the first embodiment described above, the target operating point during warm-up operation in a state where the heater 81 is out of order is the required electric energy at the time of failure by reducing the required electric energy at the time of warm-up. It is determined as an operating point that satisfies the required heat generation amount at the time of failure, which reduces the required heat generation amount at the time of warm-up. Therefore, an operating point in which the required power consumption during warm-up is reduced while maintaining the required heat generation amount during warm-up is determined as a new warm-up target operating point, and the fuel cell is operated so as to be such a warm-up target operating point. It is possible to suppress the excessive reduction of the air stoichiometric ratio as compared with the configuration (comparative example). Therefore, it is not necessary to operate the fuel cell at the operating point where the air stochastic ratio sensitivity to the output voltage is larger, and the stability at the target operating point at the time of failure, that is, the output voltage and the output current are set to the values of the warm-up target operating point. The ease of maintenance can be improved. Therefore, it is possible to prevent the output voltage and output current of the fuel cell from becoming unstable in a situation where the power consuming device capable of consuming the power generated by the warm-up operation is out of order.

また、選択されているシフトレンジがパーキング状態であり、且つ、ＦＣ電圧測定値が予め定められた閾値電圧より大きい場合と、選択されているシフトレンジがパーキングでなく（ドライブ状態で）、且つ、ＦＣ電圧目標値とＦＣ電圧測定値との電圧差が予め定められた閾値電圧差より大きい場合には、実電圧制御が実行されるので、燃料電池スタック２０の出力電圧とＦＣ電圧目標値とのずれが過剰に大きくなることを抑制できる。 Further, when the selected shift range is in the parked state and the FC voltage measurement value is larger than the predetermined threshold voltage, and when the selected shift range is not parked (in the drive state) and When the voltage difference between the FC voltage target value and the FC voltage measured value is larger than the predetermined threshold voltage difference, the actual voltage control is executed, so that the output voltage of the fuel cell stack 20 and the FC voltage target value are set. It is possible to prevent the deviation from becoming excessively large.

また、選択されているシフトレンジがパーキング状態であり、且つ、ＦＣ電圧測定値が予め定められた閾値電圧より大きくない場合と、選択されているシフトレンジがパーキングでなく（ドライブであり）、且つ、ＦＣ電圧目標値とＦＣ電圧測定値との電圧差が予め定められた閾値電圧差より大きくない場合には、通常制御が実行されるので、精度良く動作点を目標動作点に近づけることができる。 Further, when the selected shift range is in the parking state and the FC voltage measurement value is not larger than the predetermined threshold voltage, the selected shift range is not parking (is a drive), and the FC voltage measurement value is not larger than the predetermined threshold voltage. , When the voltage difference between the FC voltage target value and the FC voltage measured value is not larger than the predetermined threshold voltage difference, the normal control is executed, so that the operating point can be accurately brought closer to the target operating point. ..

Ｂ．第２実施形態：
Ｂ１．システム構成：
図９は、第２実施形態としての燃料電池システム１０ａの概略構成を示す説明図である。第２実施形態の燃料電池システム１０ａは、ＣＰＵ６１が増減制限部６１４としても実行する点において、第１実施形態の燃料電池システム１０と異なる。第２実施形態の燃料電池システム１０ａにおけるその他の構成は、第１実施形態の燃料電池システム１０と同じであるので、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。 B. Second embodiment:
B1. System configuration:
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system 10a as the second embodiment. The fuel cell system 10a of the second embodiment is different from the fuel cell system 10 of the first embodiment in that the CPU 61 also executes the increase / decrease limiting unit 614. Since the other configurations in the fuel cell system 10a of the second embodiment are the same as those of the fuel cell system 10 of the first embodiment, the same configurations are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

増減制限部６１４は、燃料電池スタック２０に対する要求パワー（要求電力量）の増減を制限する。より具体的には、本実施形態の増減制限部６１４は、負荷２００に対する電力供給を制限することにより、要求パワーの増減を制限する。負荷２００に対する電力供給を制限することにより、負荷２００の駆動、すなわち、図示しないトラクションモータの駆動が制限され、車両の動作（運転）は制限される。これによって、車両の動作に伴う要求パワーの増減を制限できる。負荷２００に対する電力供給の制限は、ＤＣ／ＡＣインバータ９８において負荷２００への電力供給を遮断することにより実現できる。本実施形態では、車両において、負荷２００に対する燃料電池スタック２０からの電力供給を許容する状態は「Ｒｅａｄｙ」として設定されており、かかるＲｅａｄｙ状態であるか否かを示すユーザインターフェイスが設けられている。かかるユーザインターフェイスとしては、例えば、インストルメントパネルの所定ランプや表示部などが該当する。運転者は、かかる所定ランプの点灯や表示部における「Ｒｅａｄｙ」の文字列の表示を見ることにより、車両がＲｅａｄｙ状態であること、すなわち、車両の運転が可能な状態になったことを知る。ＦＣ温度が氷点よりも高く暖機運転が実行されない状況での始動時には、ＦＣ温度が所定温度（以下、「Ｒｅａｄｙオン温度」と呼ぶ）以上の場合にＲｅａｄｙ状態が許可される。Ｒｅａｄｙオン温度は、本実施形態では、始動時のＦＣ温度が低いほどより高い温度が設定される。他方、ＦＣ温度が氷点以下であり暖機運転が実行される場合には、後述のＲｅａｄｙ許可制御処理が実行され、かかる処理によりＲｅａｄｙ状態の許可の可否が決定される。なお、第２実施形態の燃料電池システム１０ａでは、第１実施形態の燃料電池システム１０と同様に動作点制御処理が実行される。 The increase / decrease limiting unit 614 limits the increase / decrease of the required power (required electric energy) with respect to the fuel cell stack 20. More specifically, the increase / decrease limiting unit 614 of the present embodiment limits the increase / decrease of the required power by limiting the power supply to the load 200. By limiting the power supply to the load 200, the drive of the load 200, that is, the drive of the traction motor (not shown) is limited, and the operation (driving) of the vehicle is limited. This makes it possible to limit the increase / decrease in the required power due to the operation of the vehicle. The limitation of the power supply to the load 200 can be realized by cutting off the power supply to the load 200 in the DC / AC inverter 98. In the present embodiment, in the vehicle, the state in which the power supply from the fuel cell stack 20 to the load 200 is allowed is set as "Ready", and a user interface indicating whether or not the load is in the Ready state is provided. .. Such a user interface corresponds to, for example, a predetermined lamp or a display unit of an instrument panel. The driver knows that the vehicle is in the Ready state, that is, the vehicle is in a state in which the vehicle can be driven, by seeing the lighting of the predetermined lamp and the display of the character string "Ready" on the display unit. At the time of starting in a situation where the FC temperature is higher than the freezing point and the warm-up operation is not executed, the Ready state is permitted when the FC temperature is equal to or higher than the predetermined temperature (hereinafter referred to as “Ready on temperature”). In the present embodiment, the Ready-on temperature is set to be higher as the FC temperature at the time of starting is lower. On the other hand, when the FC temperature is below the freezing point and the warm-up operation is executed, the Ready permission control process described later is executed, and whether or not the Ready state is permitted is determined by such a process. In the fuel cell system 10a of the second embodiment, the operating point control process is executed in the same manner as in the fuel cell system 10 of the first embodiment.

Ｂ２．Ｒｅａｄｙ許可制御処理：
図１０は、第２実施形態におけるＲｅａｄｙ許可制御処理の手順を示すフローチャートである。Ｒｅａｄｙ許可制御処理とは、車両におけるＲｅａｄｙ状態を許容するか否かを制御するための処理である。暖機運転開始後、Ｒｅａｄｙ許可制御処理が実行される。 B2. Ready permission control process:
FIG. 10 is a flowchart showing the procedure of the Ready permission control process in the second embodiment. The Ready permission control process is a process for controlling whether or not to allow the Ready state in the vehicle. After the warm-up operation is started, the Ready permission control process is executed.

故障状態特定部６１３は、ヒータ８１が正常であるか否かを判定する（ステップＳ１００）。このステップＳ１００は、上述の動作点制御処理のステップＳ１０と同じであるので、その詳細な手順の説明を省略する。 The failure state specifying unit 613 determines whether or not the heater 81 is normal (step S100). Since this step S100 is the same as the above-mentioned step S10 of the operating point control process, the detailed procedure thereof will be omitted.

ヒータ８１が正常であると判定された場合（ステップＳ１００：Ｙｅｓ）、運転制御部６１２は、ＦＣ温度がＲｅａｄｙオン温度に到達したか否かを判定する（ステップＳ１０５）。ＦＣ温度がＲｅａｄｙオン温度に到達していないと判定された場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、処理はステップＳ１００に戻る。他方、ＦＣ温度がＲｅａｄｙオン温度に到達したと判定された場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、運転制御部６１２は、Ｒｅａｄｙ許可のフラグをオンする（ステップＳ１１５）。ステップＳ１１５の後、処理はステップＳ１００に戻る。したがって、この場合、Ｒｅａｄｙ許可のフラグがオンになったことに伴い、Ｒｅａｄｙ状態となり得る。また、増減制限部６１４は、負荷２００に対する電力供給の制限を停止する。また、ユーザインターフェイスにおいて、Ｒｅａｄｙ状態が表示され、運転者はＲｅａｄｙ状態になったことを知る。そして、運転者がシフトレンジをドライブ（Ｄ）に変更してアクセルペダルを踏む等の操作を行うと、燃料電池スタック２０から負荷２００に電力が供給され得ることとなる。 When it is determined that the heater 81 is normal (step S100: Yes), the operation control unit 612 determines whether or not the FC temperature has reached the Ready-on temperature (step S105). If it is determined that the FC temperature has not reached the Ready-on temperature (step S105: No), the process returns to step S100. On the other hand, when it is determined that the FC temperature has reached the Ready on temperature (step S105: Yes), the operation control unit 612 turns on the Ready on flag (step S115). After step S115, the process returns to step S100. Therefore, in this case, the Ready state may be entered as the Ready permission flag is turned on. Further, the increase / decrease limiting unit 614 stops limiting the power supply to the load 200. In addition, the Ready state is displayed on the user interface, and the driver knows that the Ready state has been reached. Then, when the driver changes the shift range to the drive (D) and performs an operation such as depressing the accelerator pedal, electric power can be supplied from the fuel cell stack 20 to the load 200.

ステップＳ１００において、ヒータ８１が正常でないと判定された場合（ステップＳ１００：Ｎｏ）、運転制御部６１２は、ＦＣ温度が暖機完了温度に到達したか否かを判定する（ステップＳ１１０）。暖機完了温度は、Ｒｅａｄｙオン温度よりも高い温度である。例えば、Ｒｅａｄｙオン温度が０℃であるのに対して、暖機完了温度は６５℃である。ＦＣ温度が暖機完了温度に到達していないと判定された場合（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、処理はステップＳ１００に戻る。したがってこの場合、ステップＳ１１５は実行されない。このため、Ｒｅａｄｙ許可のフラグはオンとならず、増減制限部６１４は、負荷２００に対する電力供給の制限を行う。これに対して、ＦＣ温度が暖機完了温度に到達したと判定された場合（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、暖機運転が終了し、上述のステップＳ１１５が実行され、Ｒｅａｄｙ許可フラグはオンに設定される。 When it is determined in step S100 that the heater 81 is not normal (step S100: No), the operation control unit 612 determines whether or not the FC temperature has reached the warm-up completion temperature (step S110). The warm-up completion temperature is higher than the Ready-on temperature. For example, the Ready-on temperature is 0 ° C, while the warm-up completion temperature is 65 ° C. When it is determined that the FC temperature has not reached the warm-up completion temperature (step S110: No), the process returns to step S100. Therefore, in this case, step S115 is not executed. Therefore, the Ready permission flag is not turned on, and the increase / decrease limiting unit 614 limits the power supply to the load 200. On the other hand, when it is determined that the FC temperature has reached the warm-up completion temperature (step S110: Yes), the warm-up operation is completed, the above-mentioned step S115 is executed, and the Ready permission flag is set to ON. To.

以上説明した第２実施形態の燃料電池システム１０ａによれば、第１実施形態の燃料電池システム１０と同様な効果を奏する。加えて、ヒータ８１が故障している場合には、ＦＣ温度がＲｅａｄｙオン温度よりも高い暖機完了温度に到達するまで、要求パワーの増減を制限できる。このため、動作点の変化を制限でき、始動時における電圧および電流が不安定となることを抑制できる。加えて、ヒータ８１の故障時には、Ｒｅａｄｙ状態となるまでの時間をヒータ８１の正常時よりも長くして運転者に違和感を与えることができる。このため、何等かの異常が発生していることを運転者に意識させることができ、例えば、車両の販売店や修理業者等に異常を連絡するきっかけを与えることができる。 According to the fuel cell system 10a of the second embodiment described above, the same effect as that of the fuel cell system 10 of the first embodiment is obtained. In addition, if the heater 81 is out of order, the increase or decrease in the required power can be restricted until the FC temperature reaches the warm-up completion temperature higher than the Ready-on temperature. Therefore, the change in the operating point can be limited, and the voltage and current at the time of starting can be suppressed from becoming unstable. In addition, when the heater 81 fails, the time until the ready state is reached can be made longer than the normal time of the heater 81 to give the driver a sense of discomfort. Therefore, it is possible to make the driver aware that some kind of abnormality has occurred, and for example, it is possible to give an opportunity to notify the vehicle dealer, the repair company, or the like of the abnormality.

Ｃ．他の実施形態：
（Ｃ１）各実施形態の燃料電池システム１０、１０ａでは、動作点制御処理により、ヒータ８１の故障が生じている場合の目標動作点（故障時目標動作点、動作点Ｅ２）は、ヒータ８１が正常である場合の動作点（動作点Ｅ１）に対して、電圧を維持したまま、異なる等パワー曲線（ヒータ８１の消費電力を除いた合計要求パワーの等パワー曲線）上の点に変更した動作点であったが、本開示はこれに限定されない。ヒータ８１の消費電力を除いた要求パワーの等パワー曲線上の動作点であり、且つ、ヒータ８１が正常である場合の動作点（例えば、動作点Ｅ１）の電圧値を含む電圧範囲内の電圧値を有する動作点であってもよい。このとき、予め定められた電圧範囲は、下記条件Ｉ〜条件Ｖのうちの少なくとも１つを満たす電圧範囲であってもよい。 C. Other embodiments:
(C1) In the fuel cell systems 10 and 10a of each embodiment, the heater 81 is the target operating point (target operating point at the time of failure, operating point E2) when the heater 81 has a failure due to the operating point control process. Operation changed to a point on a different isopower curve (isopower curve of total required power excluding the power consumption of the heater 81) while maintaining the voltage with respect to the operating point (operating point E1) in the normal case. However, the present disclosure is not limited to this. A voltage within the voltage range including the operating point on the equal power curve of the required power excluding the power consumption of the heater 81 and the operating point (for example, the operating point E1) when the heater 81 is normal. It may be an operating point having a value. At this time, the predetermined voltage range may be a voltage range that satisfies at least one of the following conditions I to V.

（条件Ｉ）電圧範囲の上限値を定める条件として、かかる上限値以下の電圧であれば、燃料電池スタック２０の廃熱量の低減を抑制して暖機完了までの時間が所定時間よりも長くなって利便性が過度に低下することが生じない、との条件。
（条件ＩＩ）電圧範囲の上限値を定める条件として、かかる上限値以下の電圧であれば、暖機完了までの時間が所定時間よりも長くなって各燃料電池セル２１において触媒層の空隙が暖機運転で生じた生成水によって所定割合以上埋められてしまうことが生じない、との条件。
（条件ＩＩＩ）電圧範囲の上限値を定める条件として、要求発熱量に対して所定の許容ずれ範囲が予め設定されている構成においては、燃料電池スタック２０の廃熱量（発熱量）がかかる所定の許容ずれ範囲の下限値を実現する電圧値を電圧範囲の上限電圧値とする、との条件。
（条件ＩＶ）電圧範囲の下限値を定める条件として、かかる下限電圧値以上の電圧であれば、エアストイキ比を過剰に絞らないので、カソードで生じるポンピング水素ガス量が予め定められた閾値量以下に抑えられ、外部に排出される水素ガス濃度が所定濃度以下に抑えられる、との条件。
（条件Ｖ）電圧範囲の上限および下限値を定める条件として、故障時目標動作点において燃料電池スタック２０を動作させるようにカソード反応ガスの流量を実現した場合において、該流量からカソード反応ガスの流量を変化させた場合の単位量の変化に対する燃料電池スタック２０の出力電圧の変化の割合（変化割合）が、所定の閾値割合以下になる、との条件。 (Condition I) As a condition for determining the upper limit of the voltage range, if the voltage is equal to or lower than the upper limit, the reduction of the amount of waste heat of the fuel cell stack 20 is suppressed and the time until the warm-up is completed becomes longer than the predetermined time. The condition is that the convenience does not decrease excessively.
(Condition II) As a condition for determining the upper limit of the voltage range, if the voltage is equal to or lower than the upper limit, the time until the warm-up is completed becomes longer than the predetermined time, and the voids of the catalyst layer are warmed in each fuel cell 21. The condition that the generated water generated by the operation of the machine does not fill up more than a predetermined ratio.
(Condition III) As a condition for determining the upper limit of the voltage range, in a configuration in which a predetermined allowable deviation range is preset with respect to the required calorific value, the waste heat amount (calorific value) of the fuel cell stack 20 is determined. The condition that the voltage value that realizes the lower limit of the allowable deviation range is the upper limit voltage value of the voltage range.
(Condition IV) As a condition for determining the lower limit of the voltage range, if the voltage is equal to or higher than the lower limit voltage value, the air stoichiometric ratio is not excessively throttled, so that the amount of pumping hydrogen gas generated at the cathode is equal to or less than the predetermined threshold amount. The condition is that the concentration of hydrogen gas discharged to the outside is suppressed to a predetermined concentration or less.
(Condition V) As a condition for determining the upper and lower limits of the voltage range, when the flow rate of the cathode reaction gas is realized so as to operate the fuel cell stack 20 at the target operating point at the time of failure, the flow rate of the cathode reaction gas is changed from the flow rate. The condition that the rate of change (change rate) of the output voltage of the fuel cell stack 20 with respect to the change of the unit amount when the above is changed is equal to or less than the predetermined threshold rate.

上記条件Ｉを満たすことにより、ヒータ８１の故障の状況において燃料電池スタック２０の出力電圧および出力電流が不安定になることを抑制しつつ、暖機完了までの時間が長くなることに伴う利便性の低下を抑制できる。 By satisfying the above condition I, it is possible to prevent the output voltage and output current of the fuel cell stack 20 from becoming unstable in the situation of failure of the heater 81, and at the same time, it is convenient because the time until the warm-up is completed becomes long. Can be suppressed.

上記条件ＩＩを満たすことにより、各燃料電池セル２１において触媒層の空隙が暖機運転で生じた生成水によって所定割合以上埋められてしまうことを抑制できるので、いわゆるフラッディングが生じて燃料電池スタック２０の発電量が低下することを抑制できる。 By satisfying the above condition II, it is possible to prevent the voids in the catalyst layer from being filled by the generated water generated by the warm-up operation in each fuel cell 21 by a predetermined ratio or more, so that so-called flooding occurs and the fuel cell stack 20 It is possible to suppress the decrease in the amount of power generated by the fuel cell.

上記条件ＩＩＩを満たすことにより、燃料電池スタック２０の廃熱量（発熱量）が所定の許容ずれ範囲の下限値を下回ることを抑制でき、暖機完了までの時間が所定時間以上となることを抑制できる。 By satisfying the above condition III, it is possible to prevent the amount of waste heat (calorific value) of the fuel cell stack 20 from falling below the lower limit of the predetermined allowable deviation range, and it is possible to suppress that the time until the completion of warm-up is longer than the predetermined time. can.

上記条件ＩＶを満たすことにより、カソードにおいて生じるポンピング水素量を低減して、外部に排出される水素ガス濃度が所定濃度以下に抑えられる。 By satisfying the above condition IV, the amount of pumping hydrogen generated at the cathode is reduced, and the concentration of hydrogen gas discharged to the outside is suppressed to a predetermined concentration or less.

上記条件Ｖを満たすことにより、変化割合を所定範囲に収めることができ、電力収支が悪化することを抑制できる。このため、二次電池９６に充電する際に制限を超えた電圧にて充電を行い、カソードにおいて析出するリチウム金属の析出量が所定量以下となり、析出量が所定量より多くなることを抑制できる。 By satisfying the above condition V, the rate of change can be kept within a predetermined range, and deterioration of the power balance can be suppressed. Therefore, when the secondary battery 96 is charged, the secondary battery 96 is charged at a voltage exceeding the limit, and the amount of the lithium metal deposited at the cathode becomes a predetermined amount or less, and it is possible to prevent the precipitation amount from becoming larger than the predetermined amount. ..

なお、図７に示す比較例の動作点Ｅ３の電圧値は、上記条件Ｉ〜Ｖを満たすいずれの電圧範囲からも外れた電圧値となる。換言すると、比較例では、上記条件Ｉ〜Ｖのいずれの条件も満たさない。例えば、動作点Ｅ３は、動作点Ｅ３において燃料電池スタック２０を動作させるようにカソード反応ガスの流量を実現した場合において、該流量からカソード反応ガスの流量を変化させた場合の単位量の変化に対する燃料電池スタック２０の出力電圧の変化の割合（変化割合）が、閾値割合よりも大きくなるような動作点である。このため、暖機完了までの時間が過度に長くなる、暖機運転で生じた生成水によって触媒層の空隙が所定割合以上埋まってしまう、カソードにおいて生じるポンピング水素量を低減できない、カソードにおいて析出するリチウム金属の量が所定量よりも多くなる、などの問題が生じる。これに対して、各実施形態および本実施形態によれば、これらの問題が生じることを抑制できる。 The voltage value of the operating point E3 of the comparative example shown in FIG. 7 is a voltage value outside any voltage range that satisfies the above conditions I to V. In other words, in the comparative example, none of the above conditions I to V is satisfied. For example, the operating point E3 is a change in the unit amount when the flow rate of the cathode reaction gas is changed from the flow rate when the flow rate of the cathode reaction gas is realized so as to operate the fuel cell stack 20 at the operating point E3. The operating point is such that the rate of change (change rate) of the output voltage of the fuel cell stack 20 becomes larger than the threshold rate. Therefore, the time until the warm-up is completed becomes excessively long, the voids of the catalyst layer are filled by a predetermined ratio or more by the generated water generated by the warm-up operation, the amount of pumping hydrogen generated at the cathode cannot be reduced, and precipitation occurs at the cathode. Problems such as the amount of lithium metal becoming larger than the predetermined amount occur. On the other hand, according to each embodiment and the present embodiment, it is possible to suppress the occurrence of these problems.

（Ｃ２）各実施形態において、故障状態特定部６１３が故障しているか否かを特定する「予め定められている補機」は、ヒータ８１であり、かかるヒータ８１が正常であるか否かを動作点制御処理およびＲｅａｄｙ許可制御処理にて判定していたが、本開示はこれに限定されない。「予め定められている補機」は、ヒータ８１に代えて又はヒータ８１に加えて、循環ポンプ５５や冷媒循環ポンプ７４など、燃料電池スタック２０の発電により生じた電力を消費可能な任意の装置であってもよい。また、かかる装置が正常であるか否かを動作点制御処理およびＲｅａｄｙ許可制御処理にて判定してもよい。かかる構成においても、各実施形態と同様な効果を奏する。 (C2) In each embodiment, the "predetermined auxiliary machine" for specifying whether or not the failure state specifying unit 613 is failed is the heater 81, and whether or not the heater 81 is normal or not is determined. Although the determination was made by the operating point control process and the Ready permission control process, the present disclosure is not limited to this. The "predetermined auxiliary machine" is any device capable of consuming the electric power generated by the power generation of the fuel cell stack 20, such as the circulation pump 55 and the refrigerant circulation pump 74, in place of the heater 81 or in addition to the heater 81. May be. Further, it may be determined by the operating point control process and the Ready permission control process whether or not the device is normal. Even in such a configuration, the same effect as that of each embodiment is obtained.

（Ｃ３）第２実施形態において、増減制限部６１４は、負荷２００に対する電力供給を制限することにより、要求パワーの増減を制限していたが、本開示はこれに限定されない。要求パワーを算出した結果、要求パワーの変化量が所定の変動閾値以上の場合には、要求パワー（要求パワー指令値）の変動をかかる変動閾値とするように要求パワーを修正するようにしてもよい。 (C3) In the second embodiment, the increase / decrease limiting unit 614 limits the increase / decrease of the required power by limiting the power supply to the load 200, but the present disclosure is not limited to this. As a result of calculating the required power, if the amount of change in the required power is equal to or greater than the predetermined fluctuation threshold value, the required power may be modified so that the fluctuation of the required power (required power command value) is set as the fluctuation threshold value. good.

（Ｃ４）第２実施形態の燃料電池システム１０ａは、第１実施形態の燃料電池システム１０と同様に動作点制御処理を実行していたが、動作点制御処理を実行しなくてもよい。かかる構成においても、Ｒｅａｄｙ許可制御処理を実行することにより、ヒータ８１の故障の場合には、Ｒｅａｄｙ許可がオフの状態からオンの状態になるまでに長時間を要するようにでき、その間における動作点（電圧および電流）の変動を抑えることができる。また、何等かの異常が生じていることを運転者に知らしめることができる。 (C4) The fuel cell system 10a of the second embodiment has executed the operating point control process in the same manner as the fuel cell system 10 of the first embodiment, but it is not necessary to execute the operating point control process. Even in such a configuration, by executing the Ready permission control process, in the case of a failure of the heater 81, it is possible to make it take a long time from the Ready permission to the ON state, and the operating point during that period. Fluctuations in (voltage and current) can be suppressed. In addition, it is possible to inform the driver that some abnormality has occurred.

（Ｃ５）各実施形態の動作点制御処理において、ステップＳ５５およびＳ６５を省略してもよい。かかる構成においては、いずれのシフトレンジが選択された状態においても、電圧センサ９１により測定された電圧が閾値電圧よりも大きい場合には、実電圧制御（ステップＳ７０）が実行されることとなる。したがって、かかる構成においても、燃料電池スタック２０の出力電圧とＦＣ電圧目標値とのずれが過剰に大きくなることを抑制できる。 (C5) In the operating point control process of each embodiment, steps S55 and S65 may be omitted. In such a configuration, even when any shift range is selected, if the voltage measured by the voltage sensor 91 is larger than the threshold voltage, the actual voltage control (step S70) is executed. Therefore, even in such a configuration, it is possible to prevent the deviation between the output voltage of the fuel cell stack 20 and the FC voltage target value from becoming excessively large.

（Ｃ６）各実施形態における燃料電池システム１０、１０ａの構成は、あくまでも一例であり、種々変更可能である。例えば、燃料電池システム１０、１０ａは、車両に代えて、船舶や航空機などの任意の移動体に搭載され、移動体における駆動装置に電力を供給して使用されてもよい。また、定置型電源として用いられてもよい。また、燃料電池スタック２０を構成する各燃料電池セル２１は、固体高分子形燃料電池用の単セルであったが、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物型燃料電池等、種々の燃料電池用の単セルとして構成してもよい。 (C6) The configurations of the fuel cell systems 10 and 10a in each embodiment are merely examples and can be changed in various ways. For example, the fuel cell systems 10 and 10a may be mounted on an arbitrary moving body such as a ship or an aircraft instead of a vehicle, and may be used by supplying electric power to a driving device in the moving body. It may also be used as a stationary power supply. Further, each fuel cell 21 constituting the fuel cell stack 20 was a single cell for a solid polymer fuel cell, but is a phosphoric acid type fuel cell, a molten carbonate type fuel cell, and a solid oxide type fuel cell. Etc., it may be configured as a single cell for various fuel cells.

（Ｃ７）各実施形態において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。例えば、制御装置６０の少なくとも一部の機能部を、集積回路、ディスクリート回路、またはそれらの回路を組み合わせたモジュールにより実現してもよい。また、本開示の機能の一部または全部がソフトウェアで実現される場合には、そのソフトウェア（コンピュータプログラム）は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納された形で提供することができる。「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭのような携帯型の記録媒体に限らず、各種のＲＡＭやＲＯＭ等のコンピュータ内の内部記憶装置や、ハードディスク等のコンピュータに固定されている外部記憶装置も含んでいる。すなわち、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、データパケットを一時的ではなく固定可能な任意の記録媒体を含む広い意味を有している。 (C7) In each embodiment, a part of the configuration realized by the hardware may be replaced with software, and conversely, a part of the configuration realized by the software may be replaced with the hardware. May be good. For example, at least a part of the functional parts of the control device 60 may be realized by an integrated circuit, a discrete circuit, or a module in which these circuits are combined. Further, when a part or all of the functions of the present disclosure are realized by software, the software (computer program) can be provided in a form stored in a computer-readable recording medium. The "computer-readable recording medium" is not limited to portable recording media such as flexible disks and CD-ROMs, but is fixed to internal storage devices in computers such as various RAMs and ROMs, and computers such as hard disks. It also includes external storage devices that have been installed. That is, the term "computer-readable recording medium" has a broad meaning including any recording medium on which data packets can be fixed rather than temporarily.

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and can be realized by various configurations within a range not deviating from the gist thereof. For example, the technical features of the embodiments corresponding to the technical features in each of the embodiments described in the summary of the invention are for solving some or all of the above-mentioned problems, or part of the above-mentioned effects. Or, in order to achieve all of them, it is possible to replace or combine them as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be appropriately deleted.

１０…燃料電池システム、１０ａ…燃料電池システム、２０…燃料電池スタック、２１…燃料電池セル、２２…第１エンドターミナル、２３…第２エンドターミナル、２５…開口部、３０…酸化ガス給排系、３０Ａ…酸化ガス供給系、３０Ｂ…酸化ガス排出系、３１…エアクリーナ、３３…エアコンプレッサ、３５…インタークーラ、３６…入口弁、３７…出口弁、３８…外気温センサ、３９…バイパス弁、５０…燃料ガス給排系、５０Ａ…燃料ガス供給系、５０Ｂ…燃料ガス循環系、５０Ｃ…燃料ガス排出系、５１…燃料ガスタンク、５２…開閉弁、５３…レギュレータ、５４…インジェクタ、５５…循環ポンプ、５７…気液分離器、５８…排気排水弁、６０…制御装置、６１…ＣＰＵ、６２…メモリ、７０…冷媒循環系、７１…ラジエータ、７２…ラジエータファン、７３…ＦＣ温度センサ、７４…冷媒循環ポンプ、７９…冷媒循環路、７９Ａ…冷媒供給路、７９Ｂ…冷媒排出路、８１…ヒータ、８２…補機用インバータ、９１…電圧センサ、９２…電流センサ、９５…ＦＣコンバータ、９６…二次電池、９７…バッテリコンバータ、９８…ＤＣ／ＡＣインバータ、２００…負荷、３０２…カソード供給配管、３０６…排ガス配管、３０８…バイパス配管、３１０…マフラー、５０１…アノード供給配管、５０２…アノード循環配管、５０４…アノード排出配管、６１１…目標動作点決定部、６１２…運転制御部、６１３…故障状態特定部、６１４…増減制限部、Ａ…電圧目標値、Ｂ…電圧目標値、Ｅ１…動作点、Ｅ２…動作点、Ｅ３…動作点、Ｉ１…曲線、Ｉ２…曲線、Ｉ３…曲線、Ｌｐ１…等パワー曲線、Ｌｐ２…等パワー曲線、Ｌｑ１…等発熱量曲線、Ｌｑ２…等発熱量曲線、Ｍｆａ…マニホールド、Ｍｆｂ…マニホールド、Ｍｆｃ…マニホールド、Ｐｏ１…点、Ｐｏ２…点、Ｐｏ３…点、ＳＤ…積層方向 10 ... Fuel cell system, 10a ... Fuel cell system, 20 ... Fuel cell stack, 21 ... Fuel cell cell, 22 ... 1st end terminal, 23 ... 2nd end terminal, 25 ... Opening, 30 ... Oxidation gas supply / exhaust system , 30A ... Oxidation gas supply system, 30B ... Oxidation gas discharge system, 31 ... Air cleaner, 33 ... Air compressor, 35 ... Intercooler, 36 ... Inlet valve, 37 ... Outlet valve, 38 ... Outside temperature sensor, 39 ... Bypass valve, 50 ... Fuel gas supply / exhaust system, 50A ... Fuel gas supply system, 50B ... Fuel gas circulation system, 50C ... Fuel gas discharge system, 51 ... Fuel gas tank, 52 ... On-off valve, 53 ... Regulator, 54 ... Injector, 55 ... Circulation Pump, 57 ... Gas-liquid separator, 58 ... Exhaust drain valve, 60 ... Control device, 61 ... CPU, 62 ... Memory, 70 ... Refrigerator circulation system, 71 ... Radiator, 72 ... Radiator fan, 73 ... FC temperature sensor, 74 ... Fuel circulation pump, 79 ... Fuel circulation path, 79A ... Fuel supply path, 79B ... Fuel discharge path, 81 ... Heater, 82 ... Auxiliary inverter, 91 ... Voltage sensor, 92 ... Current sensor, 95 ... FC converter, 96 ... secondary battery, 97 ... battery converter, 98 ... DC / AC inverter, 200 ... load, 302 ... cathode supply pipe, 306 ... exhaust gas pipe, 308 ... bypass pipe, 310 ... muffler, 501 ... anode supply pipe, 502 ... anode Circulation pipe, 504 ... Anodic discharge pipe, 611 ... Target operating point determination unit, 612 ... Operation control unit, 613 ... Failure state identification unit, 614 ... Increase / decrease limit unit, A ... Voltage target value, B ... Voltage target value, E1 ... Operating point, E2 ... Operating point, E3 ... Operating point, I1 ... Curve, I2 ... Curve, I3 ... Curve, Lp1 ... Equal power curve, Lp2 ... Equipower curve, Lq1 ... Equal calorific value curve, Lq2 ... Equal calorific value curve , Mfa ... Manifold, Mfb ... Manifold, Mfc ... Manifold, Po1 ... Point, Po2 ... Point, Po3 ... Point, SD ... Laminating direction

Claims (11)

燃料電池システムであって、
エアと燃料ガスとの供給を受けて発電を行う燃料電池と、
暖機運転を開始するための予め定められた条件が満たされる場合に、暖機時要求電力量と暖機時要求発熱量とに応じて、出力電圧と出力電流とにより規定される前記燃料電池の暖機運転時の動作点の目標である暖機目標動作点を決定する目標動作点決定部と、
前記出力電圧と前記出力電流とのうちの少なくとも一方を制御することにより、前記燃料電池を前記暖機目標動作点にて運転させる運転制御部と、
前記燃料電池により発電される発電電力を消費して作動する電力消費装置が故障しているか否かを特定する故障状態特定部と、
を備え、
前記目標動作点決定部は、前記電力消費装置の故障が特定されると、前記暖機時要求電力量を低減した故障時要求電力量と、前記暖機時要求発熱量を低減した故障時要求発熱量と、を満たす動作点を、故障時目標動作点として決定する、
燃料電池システム。 It ’s a fuel cell system.
A fuel cell that generates electricity by receiving the supply of air and fuel gas,
The fuel cell defined by the output voltage and the output current according to the required power amount during warm-up and the required heat generation amount during warm-up when the predetermined conditions for starting the warm-up operation are satisfied. A target operating point determination unit that determines the warm-up target operating point, which is the target of the operating point during warm-up operation.
An operation control unit that operates the fuel cell at the warm-up target operating point by controlling at least one of the output voltage and the output current.
A failure state specifying unit that specifies whether or not a power consuming device that operates by consuming the generated power generated by the fuel cell has failed, and
Equipped with
When the failure of the power consuming device is identified, the target operating point determination unit determines the required power amount at the time of failure by reducing the required power amount at the time of warming up and the request at the time of failure reducing the required heat generation amount at the time of warming up. The operating point that satisfies the calorific value is determined as the target operating point at the time of failure.
Fuel cell system. 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記故障時目標動作点の電圧値は、前記電力消費装置の故障が特定されていない状況において前記条件が満たされる場合に決定される前記暖機目標動作点の電圧値を含む予め定められた電圧範囲内の電圧値であり、
前記電圧範囲は、前記故障時目標動作点にて前記燃料電池を動作させている状態において、エアストイキ比を変化させた場合の前記エアストイキ比の単位量の変化に対する前記出力電圧の変化の割合が、予め定められた閾値割合以下となる電圧値の範囲である、
燃料電池システム。 In the fuel cell system according to claim 1,
The voltage value of the target operating point at the time of failure is a predetermined voltage including the voltage value of the warm-up target operating point determined when the condition is satisfied in a situation where the failure of the power consuming device is not specified. It is a voltage value within the range and
The voltage range is the ratio of the change in the output voltage to the change in the unit amount of the air stoichiometric ratio when the air stoichiometric ratio is changed in the state where the fuel cell is operated at the target operating point at the time of failure. It is a range of voltage values that is less than or equal to a predetermined threshold ratio.
Fuel cell system. 請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料ガスは水素ガスであり、
前記電圧範囲の下限電圧値は、前記故障時目標動作点で前記燃料電池を動作させた場合において、前記燃料電池のカソードにおいて生じる水素ガス量が予め定められた閾値量以下となる電圧値である、燃料電池システム。 In the fuel cell system according to claim 2,
The fuel gas is hydrogen gas,
The lower limit voltage value in the voltage range is a voltage value at which the amount of hydrogen gas generated at the cathode of the fuel cell is equal to or less than a predetermined threshold amount when the fuel cell is operated at the target operating point at the time of failure. , Fuel cell system. 請求項２または請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、
前記発電電力を蓄電可能なリチウムイオン二次電池を備え、
前記電圧範囲の下限電圧値は、前記故障時目標動作点で前記燃料電池を動作させ、且つ、前記発電電力を前記リチウムイオン二次電池に供給する場合において、前記リチウムイオン二次電池のカソードにおけるリチウム金属の析出量が所定量以下となる電圧値である、燃料電池システム。 In the fuel cell system according to claim 2 or 3.
Equipped with a lithium-ion secondary battery capable of storing the generated power,
The lower limit voltage value in the voltage range is set in the cathode of the lithium ion secondary battery when the fuel cell is operated at the target operating point at the time of failure and the generated power is supplied to the lithium ion secondary battery. A fuel cell system in which the amount of lithium metal deposited is a voltage value that is equal to or less than a predetermined amount. 請求項２から請求項４までのいずれか一項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記暖機時要求発熱量には予め定められた許容ずれ範囲が予め定められており、
前記電圧範囲の上限電圧値は、前記燃料電池の発熱量が前記許容ずれ範囲の下限値を実現する電圧値である、燃料電池システム。 In the fuel cell system according to any one of claims 2 to 4.
A predetermined allowable deviation range is predetermined for the required heat generation amount during warm-up.
The upper limit voltage value of the voltage range is a voltage value at which the calorific value of the fuel cell realizes the lower limit value of the allowable deviation range. 請求項２から請求項５までのいずれか一項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記運転制御部は、前記暖機運転開始後、前記燃料電池の温度が予め定められた暖機完了温度に達すると前記暖機運転を終了し、
前記電力消費装置が故障していると特定された場合には、前記暖機運転の終了まで、前記暖機時要求電力量の増減を制限する増減制限部を、さらに備える、燃料電池システム。 In the fuel cell system according to any one of claims 2 to 5.
After the start of the warm-up operation, the operation control unit ends the warm-up operation when the temperature of the fuel cell reaches a predetermined warm-up completion temperature.
A fuel cell system further comprising an increase / decrease limiting unit that limits an increase / decrease in the required power amount during warm-up until the end of the warm-up operation when the power consuming device is identified as having a failure. 請求項６に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池システムは、移動体に搭載され、前記移動体における駆動装置に電力を供給し、
前記増減制限部は、前記電力消費装置が故障していると特定された場合には、前記暖機運転の終了まで、前記駆動装置への電力供給を制限することにより、前記暖機時要求電力量の増減を制限する、燃料電池システム。 In the fuel cell system according to claim 6,
The fuel cell system is mounted on a mobile body to supply electric power to a drive device in the mobile body.
When it is determined that the power consuming device is out of order, the increase / decrease limiting unit limits the power supply to the drive device until the end of the warm-up operation, thereby limiting the power supply during the warm-up. A fuel cell system that limits the increase or decrease in quantity. 請求項２から請求項７までのいずれか一項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池システムは、パーキングとドライブとを少なくとも含む複数のシフトレンジを有する車両に搭載され、前記車両のトラクションモータに電力を供給し、
前記出力電圧を測定する電圧センサをさらに備え、
前記運転制御部は、選択されている前記シフトレンジがパーキングである場合において、前記電圧センサによる測定電圧が予め定められた閾値電圧よりも大きい場合には、前記電圧センサにより測定される測定電圧が前記故障時目標動作点の電圧値に近づくように、少なくとも前記エアストイキ比を調整する実電圧制御処理を実行する、燃料電池システム。 In the fuel cell system according to any one of claims 2 to 7.
The fuel cell system is mounted on a vehicle having a plurality of shift ranges including at least parking and driving to power the traction motor of the vehicle.
Further equipped with a voltage sensor for measuring the output voltage,
When the selected shift range is parking and the voltage measured by the voltage sensor is larger than a predetermined threshold voltage, the operation control unit measures the voltage measured by the voltage sensor. A fuel cell system that executes an actual voltage control process that adjusts at least the air stochastic ratio so as to approach the voltage value of the target operating point at the time of failure. 請求項８に記載の燃料電池システムにおいて、
前記運転制御部は、選択されている前記シフトレンジがパーキングでない場合において、前記故障時目標動作点の電圧値と前記測定電圧との差分電圧が予め定められた閾値電圧差よりも大きい場合には、前記実電圧制御処理を実行する、燃料電池システム。 In the fuel cell system according to claim 8,
When the selected shift range is not parking, the operation control unit determines that the difference voltage between the voltage value of the target operating point at the time of failure and the measured voltage is larger than a predetermined threshold voltage difference. , A fuel cell system that performs the actual voltage control process. エアと燃料ガスとの供給を受けて発電を行う燃料電池を含む燃料電池システムの制御方法であって、
暖機運転を開始するための予め定められた条件が満たされる場合に、暖機時要求電力量と暖機時要求発熱量とに応じて、出力電圧と出力電流とにより規定される前記燃料電池の暖機運転時の動作点の目標である暖機目標動作点を決定する工程と、
前記出力電圧と前記出力電流とのうちの少なくとも一方を制御することにより、前記燃料電池を前記暖機目標動作点にて運転させる工程と、
前記燃料電池により発電される発電電力を消費して作動する電力消費装置が故障しているか否かを特定する工程と、
前記電力消費装置の故障が特定されると、前記暖機時要求電力量を低減した故障時要求電力量と、前記暖機時要求発熱量を低減した故障時要求発熱量と、を満たす動作点を、故障時目標動作点として決定する工程と、
を備える、
燃料電池システムの制御方法。 It is a control method for a fuel cell system including a fuel cell that generates electricity by receiving the supply of air and fuel gas.
The fuel cell defined by the output voltage and the output current according to the required power amount during warm-up and the required heat generation amount during warm-up when the predetermined conditions for starting the warm-up operation are satisfied. The process of determining the warm-up target operating point, which is the target of the operating point during warm-up operation,
A step of operating the fuel cell at the warm-up target operating point by controlling at least one of the output voltage and the output current.
A step of identifying whether or not a power consuming device that operates by consuming the generated power generated by the fuel cell is out of order, and
When a failure of the power consuming device is identified, an operating point that satisfies the failure required power amount with the warm-up required power amount reduced and the failure required heat generation amount with the warm-up required heat generation reduced. The process of determining the target operating point at the time of failure,
To prepare
How to control the fuel cell system. エアと燃料ガスとの供給を受けて発電を行う燃料電池を含む燃料電池システムを制御するためのコンピュータプログラムであって、
暖機運転を開始するための予め定められた条件が満たされる場合に、暖機時要求電力量と暖機時要求発熱量とに応じて、出力電圧と出力電流とにより規定される前記燃料電池の暖機運転時の動作点の目標である暖機目標動作点を決定する機能と、
前記出力電圧と前記出力電流とのうちの少なくとも一方を制御することにより、前記燃料電池を前記暖機目標動作点にて運転させる機能と、
前記燃料電池により発電される発電電力を消費して作動する電力消費装置が故障しているか否かを特定する機能と、
前記電力消費装置の故障が特定されると、前記暖機時要求電力量を低減した故障時要求電力量と、前記暖機時要求発熱量を低減した故障時要求発熱量と、を満たす動作点を、故障時目標動作点として決定する機能と、
をコンピュータに実現させる、
コンピュータプログラム。 A computer program for controlling a fuel cell system, including a fuel cell that generates electricity by being supplied with air and fuel gas.
The fuel cell defined by the output voltage and the output current according to the required power amount during warm-up and the required heat generation amount during warm-up when the predetermined conditions for starting the warm-up operation are satisfied. The function to determine the warm-up target operating point, which is the target of the operating point during warm-up operation,
A function of operating the fuel cell at the warm-up target operating point by controlling at least one of the output voltage and the output current.
A function for identifying whether or not a power consuming device that operates by consuming the generated power generated by the fuel cell is out of order, and
When a failure of the power consuming device is identified, an operating point that satisfies the failure required power amount with the warm-up required power amount reduced and the failure required heat generation amount with the warm-up required heat generation reduced. With the function to determine the target operating point at the time of failure,
To the computer,
Computer program.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115050989B (en) * 2022-06-27 2023-03-10 中氢新能(北京)新能源技术研究院有限公司 Auxiliary component group of fuel battery system structure

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008226591A (en) * 2007-03-12 2008-09-25 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP2009054465A (en) * 2007-08-28 2009-03-12 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP2010044905A (en) * 2008-08-11 2010-02-25 Toyota Motor Corp Fuel cell system, and fuel cell control method
JP2017103833A (en) * 2014-04-04 2017-06-08 株式会社東芝 Power supply system and vehicle
JP2017147175A (en) * 2016-02-19 2017-08-24 トヨタ自動車株式会社 Control method for fuel battery system
JP2018106916A (en) * 2016-12-26 2018-07-05 トヨタ自動車株式会社 Power storage system

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4761182B2 (en) * 2004-09-22 2011-08-31 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
JP2007188827A (en) 2006-01-16 2007-07-26 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system and starting method of same
JP4656539B2 (en) * 2007-11-21 2011-03-23 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
DE112009004990B4 (en) 2009-06-22 2023-01-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and control method when starting the fuel cell system
JP5721825B2 (en) * 2011-05-30 2015-05-20 京セラ株式会社 Fuel cell device
JP6171572B2 (en) * 2013-05-29 2017-08-02 日産自動車株式会社 Fuel cell system
JP6090052B2 (en) * 2013-08-09 2017-03-08 日産自動車株式会社 Fuel cell system
WO2015122097A1 (en) * 2014-02-17 2015-08-20 日産自動車株式会社 Fuel cell system and control method for fuel cell system
WO2016013304A1 (en) * 2014-07-24 2016-01-28 日産自動車株式会社 Fuel cell system and fuel cell system control method
JP6801176B2 (en) * 2015-11-05 2020-12-16 日産自動車株式会社 Fuel cell system control method and fuel cell system
JP2018133147A (en) * 2017-02-13 2018-08-23 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
US11069907B2 (en) * 2017-08-01 2021-07-20 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system and method for controlling fuel cell system
JP2019154176A (en) * 2018-03-05 2019-09-12 本田技研工業株式会社 Fuel cell vehicle
JP7119705B2 (en) * 2018-07-26 2022-08-17 トヨタ自動車株式会社 fuel cell system
CN110182071B (en) * 2019-05-10 2022-09-13 中国第一汽车股份有限公司 Power following type fuel cell whole vehicle energy management control method

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008226591A (en) * 2007-03-12 2008-09-25 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP2009054465A (en) * 2007-08-28 2009-03-12 Toyota Motor Corp Fuel cell system
US20100291452A1 (en) * 2007-08-28 2010-11-18 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
JP2010044905A (en) * 2008-08-11 2010-02-25 Toyota Motor Corp Fuel cell system, and fuel cell control method
JP2017103833A (en) * 2014-04-04 2017-06-08 株式会社東芝 Power supply system and vehicle
JP2017147175A (en) * 2016-02-19 2017-08-24 トヨタ自動車株式会社 Control method for fuel battery system
JP2018106916A (en) * 2016-12-26 2018-07-05 トヨタ自動車株式会社 Power storage system

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